双钙钛矿A2CoMnO6的结构与磁性及非晶合金的磁热效应的研究

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稀土A2CoMnO6(A=Y,La,Ce,…,Lu)双钙钛矿氧化物因为其B位特殊的电子自旋结构而产生出丰富的物理特性,自旋玻璃态、自旋-声子耦合、磁化台阶、负磁化率、逆交换偏置等现象的相继发现,让研究者们意识到该类材料还有很多丰富的物理特性有待进一步的被发现。我们也了解到钴基非晶合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性和软磁特性,是具有很大应用潜力的一类非晶合金材料。本文通过固相反应法分别合成了Nd2CoMnO6、Ho2CoMnO6、Er2CoMnO6、Tm2CoMnO6双钙钛矿氧化物的样品。使用真空熔炼和甩丝的方法制备了新型钴基非晶合金Co90Nb10Ta3的样品。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、磁性测量系统MPMS3等测试手段,系统的研究了双钙钛矿氧化物Nd2CoMnO6、Ho2CoMnO6、Er2CoMnO6、Tm2CoMnO6的结构与磁性,深入研究了Ho2CoMnO6、Er2CoMnO6、Tm2CoMnO6和钴基非晶合金Co90Nb10Ta3的磁热效应。具体实验研究结果如下:
  1.对Nd2CoMnO6的结构进行研究,结构分析表明其物相属于单斜P21/n空间群。XPS能谱的结果显示部分Co2+与Mn4+变为+3价,样品的B位有序度约为74.89%。M-T曲线与dM/dT-T的曲线中表明样品在148.7 K和161.6 K都存在着磁相变。磁性测量表明在铁磁-顺磁转变温度附近存在着格里菲斯相,温区为154.0 K~191.3K,变场的χ-1-T曲线也显示出格里菲斯相的特征,对χ-1-T进行幂指数关系拟合后发现样品的磁化率指数0<λ<1,进一步表明在铁磁-顺磁转变区域附近确实存在格里菲斯相。
  2.对Ho2CoMnO6、Er2CoMnO6、Tm2CoMnO6的M-T曲线进行研究,结果表明样品的TC分别为76.8 K、61.6 K和51.6 K。测量样品的等温M-H曲线时发现在低场低温部分样品存在着明显的磁跃迁行为,这是由于B位有序与无序的随机性引发的结构磁性对称破缺所导致的。对样品的磁热效应的研究中,Ho2CoMnO6、Er2CoMnO6、Tm2CoMnO6在 TC附近(ΔH=50 kOe)的最大磁熵??SmaxM分别为6.153 J/(kg·K)、5.328 J/(kg·K)、4.364 J/(kg·K),其制冷量(RC)分别为208.19J/kg、162.33 J/kg、148.62 J/kg。样品的磁热效应归一化曲线都落在同一条曲线上,这表明三种样品都属于同一普适类型的磁热材料。
  3.对Co90Nb10Ta3非晶合金的磁性能研究中,发现其具有高的饱和磁化强度和低矫顽力,表现出优良的软磁特性。对M-T线的分析研究中发现其磁性转变发生在360 K附近,接近于室温。进一步研究TC点附近的等温M-H曲线后,转化得到对应的Arrott图,图中斜率均为正值,这表明样品发生的是铁磁-顺磁的二级磁相变。对样品的TC附近的磁热效应进行研究后发现ΔH=60 kOe时,最大磁熵??SmaxM=2.43 Jkg-1k-1,相对制冷强度RCP可达203.55 J/kg,高于大多数合金和非晶合金,具备着成为室温磁制冷材料的潜力。
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