雙層鈣鈦礦錳氧化物磁性及輸運性質的研究——結構式：(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)

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雙層鈣鈦礦錳氧化物磁性及輸運性質的研究——結構式：(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)

王志國，向俊尤，胡玉彪，徐寶，吳鴻業，魯毅，趙建軍

(包頭師范學院 物理科學與技術學院，內蒙古 包頭 014030)

摘要：采用傳統的高溫固相燒結法制備了多晶樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)，利用XRD檢測了兩樣品的結構，結果表明：兩樣品均為Sr3Ti2O7型四方結構，空間群為I4/mmm，通過物性測量系統(PPMS)和超導量子磁強計(SQUID)測量了樣品的磁性(M-T)以及電性(ρ-T)，結果發現：兩樣品在低溫區存在長程的鐵磁態；當Gd摻入后，由于引起了結構的畸變，削弱了雙交換作用，致使樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0.05)的三維(3D)磁有序轉變溫度磁化強度均降低。此外，樣品在發生金屬—絕緣體轉變的同時伴隨有鐵磁—順磁的轉變。

關鍵詞：層狀鈣鈦礦錳氧化物；龐磁電阻效應 ；雙交換作用

1實驗方法

本實驗中所制(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)多晶樣品是通過固相反應法合成，具體合成辦法如下：嚴格按比例將所用純度都大于99.9%的氧化物原料La2O3、Gd2O3、MnCO3和SrCO3稱量，隨后將各組分氧化物充分混合研磨后并在1000℃下預燒12h。然后再將預燒后的粉末研磨，研磨后再在相同條件下進行第二次預燒，最后，將兩次預燒后的粉末研磨、壓片成型。把得到的片狀樣品在1350℃煅燒24h并隨爐冷卻。用X射線衍射儀檢測片狀樣品是否成相。樣品的磁化強度與溫度的關系(M-T)以及電阻率與溫度的關系(ρ-T)是通過PPMS測量，測量范圍為15K-300K。

2結果與討論

圖1是(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)樣品的X射線衍射圖。樣品為單相的Sr3Ti2O7型四方結構，空間群為I4/mmm。

圖1：(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的XRD衍射譜

圖2:場冷卻下樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)在0.1T下的M-T關系

摻Gd的樣品表現出比不摻Gd的樣品低的TP和低的電阻率。這是由于錳氧化物多晶的顆粒邊界存在大量非配位原子，以及在顆粒邊界受到延伸缺陷應力場的作用而形成的絕緣層[9,10]。摻Gd的樣品的顆粒尺寸比不摻Gd的樣品大，顆粒尺寸越大，顆粒邊界就越少，載流子在顆粒邊界處受到的散射就越小，因而表現出低的電阻率；由于Gd3+對La3+的替代減小了A位的平均半徑，使得晶胞中Mn-O-Mn鍵角減小，單電子eg能帶寬度變小，減弱了雙交換作用，致使摻Gd的樣品的金屬-絕緣體轉變溫度TP降低。從圖2和圖3中可看出兩樣品的順磁—鐵磁轉變溫度剛好都對應于其金屬—絕緣體轉變溫度，表明兩樣品均存在鐵磁性和金屬性共存的性質。

圖3:0T下樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的ρ-T曲線

圖4:5T下樣品(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的ρ-T曲線

3結論

通過對雙層錳氧化物(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)的磁性及輸運性質的研究，可以得知：Gd3+的摻雜抑制了雙交換作用，從而減小了樣品(La0.95Gd0.05)4/3Sr5/3Mn2O7的磁化強度，同時也降低了樣品的金屬-絕緣體轉變溫度；樣品(La0.95Gd0.05)4/3Sr5/3Mn2O7的晶粒邊界較少，在晶粒邊界處載流子受到的散射較小，表現出低的電阻率，此外，兩樣品在低溫區存在鐵磁金屬共存的現象。

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Magnetic and Transport Properties of Perovskite Manganites (La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)Polycrystalline Samples

WANG Zhi-guo, XIANG Jun-you, HU Yu-biao, XV Bao，WU Hong-ye，LU Yi, ZHAO Jian-jun

(Faculty of Physics and Technology,Baotou Teachers College；Baotou 014030)

Abstract:(La1-xGdx)4/3Sr5/3Mn2O7(x=0,0.05)polycrystalline samples were prepared by solid state method.The sample’s magnetic and transport properties were studied by using XRD, PPMS and SQUID.The results showed that the sample are Sr3Ti2O7type structure, and space group are I4/mmm.The samples exist long-range ferromagnetic state in low temperature area.Structure is distorted after Gd3+doped, which weakened the FM interaction, decrease TCand magnetization.In addition, metal insulation shift and change of the ferromagnetic paramagnetic occurred at the same time.

Key words:Perovskite manganites; colossal magnetoresistance and double exchange

中圖分類號：O482.52;O614.33

文獻標識碼：A

文章編號：1004-1869(2015)02-0008-03

作者簡介：王志國(1987-)，內蒙古涼城縣人，碩士研究生，研究方向：磁學與磁性材料。

收稿日期：2014-12-14