钙钛矿型钴氧化物的电磁输运性质和超声特性研究

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本论文系统地研究了La<,1-x>Ca,,x>CoO<,3>(0≤x≤0.5)、La<,1/3>Sr<,2/3>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>(0≤x≤0.3)、La<,0.88>(Ca,Sr,Ba)<,0.12>CoO<,3>等钙钛矿结构过渡金属氧化物体系的超声特性与电磁输运性质,发现了一些新的超声异常现象,探索了钻氧化物体系中电一声子、自旋声子等各种耦合作用的规律,进一步征实了具有中等自旋态的三价钴离子为Jahn-Teller活性离子。 1. La<,1-x>Ca<,x>CoO<,3>(0≤x≤0.25)的超声研究在20-300K温区内,测量了La<,1-x>Ca<,x>CoO<,3>(0≤x≤0.25)单相多晶样品电阻率、直流磁化率和10MHz超声纵波声速与衰减的温度谱。在未掺杂的LaCoO<,3>样品中,在Co<3+>离子的自旋态转变温度附近(90K),直流磁化率和超声都发现了明显的异常。声速的异常软化来自于Co<3+>的自旋态转变。随着Ca离子的掺入,当x=0.05时,由于自旋态转变造成的声速软化消失,表明少量的掺杂就会使得La<,1-x>Ca<,x>CoO<,3>中的自旋态转变消失。随着Ca掺杂量的继续增加,超声声速又出现异常软化,分析表明这种超声异常来源于中等自旋态Co<3+>离子Jahn-Teller效应引起的强烈的电-声子相互作用。对声速模量的定量拟合表明,随着掺杂量的增加,Jahn-Teller耦合能增大。这是由于掺杂量的增加引入更多的Co<4+>,Co<4+>离子通过双交换作用会使周围的Co<3+>离子稳定在中等自旋态,增加了具有Jahn-Teller活性的Co<3+>离子浓度,导致Jahn-Teller耦合能增大。但是随着载流子浓度的进一步增加,Co<3+>离子不断降低导致合作Jahn-Teller效应逐步消失。该研究也表明超声技术是研究磁性离子自旋态转变效应的一种有效手段。 2.La<,1/3>Sr<,2/3>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>体系的超声特性研究测量了La<,1/3>Sr<,2/3>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>(x=0,0.1,0.3)体系的超声声速谱,发现了起源于中等自旋态Co<3+>的Jahn-Teller扭曲效应所引起的声速软化现象。而且声速软化的最低点所对应的温度随着Fe掺杂量的增加而向低温移动。分析表明这是由于Fe的掺杂削弱了材料的铁磁性耦合,使得Co-O-Co的双交换作用变弱,降低了中等自旋态的Co<3+>离子浓度,使得Jahn-Teller效应变弱。 3.La<,0.88>(Ca,Sr,Ba)<,0.12>CoO<,3>体系的超声特性研究系统地测量了La<,0.88>(Ca,Sr,Ba)<,0.12>CoO<,3>体系的超声声速和衰减温度谱,发现利用不同的碱土金属元素替代时,起源于IS-Co<3+>的Jahn-Teller扭曲所导致的声速异常和衰减峰一直存在。超声异常所对应的温度(T<,v>和T<,a>)随着容忍因子t的增大向高温区移动,随着方差因子δ<2>的增大向低温区移动。分析表明这是由于晶格扭曲减小导致双交换作用加强,更多的Co<3+>离子通过双交换作用被稳定在中等自旋态,形成更强的Jahn-Teller效应。
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