钴基掺杂氧化物系统的电子、磁性和结构的研究

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近年来,具有La<,1-x>A<,x>CoO<,3>(A为碱土金属离子)形式的钴基氧化物一直吸引着人们去研究,是因为它们具有不同寻常的电和磁输运性质、巨磁电阻效应、电荷有序、轨道有序和相分离等特性。钴基氧化物和锰基氧化物有很多相似的物理性质,但是它们在某些方面又具有不同的特点。基态的LaCoO<,3>是非磁性绝缘体,但是随着温度上升到50 K以上时,它呈现顺磁绝缘体的特征,并且大约在500 K时在LaCoO<,3>样品中绝缘体到金属的转变被观察到。钴基氧化物和锰基氧化物最大的不同点在于Co离子具有不同的自旋态。在低温下,Co<3+>离子处于低自旋状态t<,2g><6>e<,g><0>(S=0),随着温度的升高,Co<3+>离子从低自旋态逐渐向高自旋态t<,2g><6>e<,g><0>(S=2)或中间自旋态t<,2g><6>e<,g><0>(S=1)转变,这是由于Co<3+>离子晶场劈裂能和耦合能之间的差别很小引起的。 我们利用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备出了一系列La<,0.8>Sr<,0.2>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>样品。经X射线衍射fxRD)表征,样品属于单相,但是Fe掺杂的La<,1-x>A<,x>CoO<,3>样品中存在两种不同的晶体结构。为此我们利用了X射线吸收精细近边结构XANES研究了在La<,0.8>Sr<,0.2>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>样品中Co离子和Fe离子的化合价。同时由于Fe离子具有比较大的磁矩,为此我们也研究了Fe的掺杂对La<,1-x>A<,x>CoO<,3>样品磁性的影响。主要成果如下: (1)XRD结果显示:在La<,0.8>Sr<,0.2>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>系列样品中,未掺杂的La<,1-x>A<,x>CoO<,3>样品具有很好的单相结构,并且衍射峰没有发生劈裂;而Fe掺杂的La<,1-x>A<,x>CoO<,3>样品中几乎每个衍射峰都发生了劈裂,为此我们认为在Fe掺杂的La<,1-x>A<,x>CoO<,3>样品中可能存在两种不同的晶体结构。 (2)我们利用XANES研究了La<,0.8>Sr<,0.2>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>样品中Co离子和Fe离子的化合价发现,Fe离子存在两种不同的化合价态,即Fe<3+>和Fe<4+>离子,在La<,0.8>Sr<,0.2>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>样品中形成了两个不同离子的富集区,一个是由Co<3+>、C0<4+>和Fe<3+>等离子组成的,一个是由Fe<4+>等离子组成的,因此在Fe掺杂的La<,1-x>A<,x>CoO<,3>样品中可能存在两种不同的晶体结构。 (3)通过对La<,0.8>Sr<,0.2>Co<,1-x>Fe<,x>O<,3>系列样品磁性的研究发现,随着掺杂量的增加,在比较低的磁场中观察到了磁性反转现象。我们认为这和Fe离子的引入导致了铁磁和反铁磁之间相互竞争造成的,同时还与Co离子自旋状态的改变和Co离子自旋倾斜有关,Fe离子的引入可能引起了Co离子自旋倾斜。
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