Ru掺杂La_锰氧化物

论文导读:：当Ru掺杂量达到20%时。磁电阻采用公式MR=[(ρ(0)-ρ(H))]/ρ(0)×100%,其中。对Mn位的替代可以直接调节锰氧化物中Mn3+、Mn4+的比例。由于双交换作用的破坏使得体系的铁磁性也急剧的降低。
论文关键词：Ru掺杂，磁电阻，锰氧化物，磁性
 

1. 引言

稀土锰氧化物Re_1-xA_xMnO₃（Re= trivalent rare earth element , A=divalent alkalineearth element）作为一种电子强关联体系，从上个世纪五十年代开始,人们对它的结构、输运特性等进行大量的研究，发现了十分有趣的物理现象如磁有序,轨道有序,相分离、巨磁电阻效应等。近年来由于锰氧化物的CMR效应在自旋电子学领域有广阔的应用前景使稀土锰氧化物的巨磁阻效应吸引了广泛的关注^[1-4]。锰氧化物的巨磁阻效应可利用双交换作用模型、Jahn-Teller效应、相分离(phaseseparation, PS)、形成金属和绝缘体的纳米团簇、多相间竞争机理等理论模型来解释^[5-10]。由于Mn离子在双交换作用中起着非常重要的作用，对Mn位的替代可以直接调节锰氧化物中Mn³⁺、Mn⁴⁺的比例，改变体系中Mn³⁺-O-Mn⁴⁺双交换网络，从而改变体系的磁电性质，因此Mn位的替代研究一直以来是一个研究热点。我们发现大多数元素替代Mn位结果都抑制了居里温度Tc以及绝缘体-金属转变温度,而且，由于双交换作用的破坏使得体系的铁磁性也急剧的降低。然而，和大多数其它的掺杂离子不一样，Ru替代Mn位有特殊的效果，并且引起了人们广泛的关注怎么写论文。根据J.S.Kim^[11]的相关报道，在Pr_0.5Sr_0.5MnO₃的Mn位掺微量Ru时，随着Ru的含量逐渐增大，当掺杂量达到10%时，体系的铁磁性以及居里温度都有所提高锰氧化物，在Pr_0.5Sr_0.5Mn_1-xRu_xO₃里，Ru主要以四价形式出现，同时也伴有少量的五价Ru离子；在Brajendra Singh^[12]的文章中，当Ru掺杂量达到20%时，晶格常数单调增加，这是因为Ru是以四价，五价形式存在于La_0.7Ca_0.3Mn_1-xRu_xO₃当中的，当掺杂量达到20%时，Ru⁴⁺尤其是Ru⁵⁺的存在增加了混合物中Mn³⁺的含量，因此导致晶胞膨胀。当Ru含量多余20%时，晶格常数又逐渐减小，因为此时，Ru主要以五价形式存在，以及Mn⁴⁺的存在，因此引起晶胞的收缩，同时Ru的掺入也引起Mn的价态的改变，从而增强双交换作用而表现出铁磁性和大的CMR效应；Yue Ying等人将微量的Ru掺入到La_0.5Sr_0.5Mn_1-xRu_xO₃中，发现当Ru低量掺杂时，系统的铁磁性得以增强，并且居里温度也随着Ru含量的逐渐增多而得到提高，但是当Ru高掺杂时，系统的铁磁性没有得到增强反而被抑制。这些结果表明Mn³⁺，Ru⁴⁺（Ru⁵⁺）之间存在着铁磁相互作用，而且当Ru高掺杂时，体系存在着Ru-Ru之间的反铁磁相互作用^[13]。基于此，本文选用居里温度在室温附近的La_0.7Ca_0.2Ba_0.1MnO₃作为母体化合物^[14]，来进一步研究高价态离子Ru微量替代Mn位,对系统的晶体结构、磁电输运性质和磁电阻效应的影响。

2实验

在本次试验中，采用固相反应法制备了多晶样品La_0.7Ca_0.2Ba_0.1Mn_1-xRu_xO₃（x=0~0.06）。将高纯度（至少是99.9%）的粉体材料La₂O₃，CaCO₃，BaCO₃，MnO₂锰氧化物，放入真空烘箱内烘干，按名义组分配料，放在研砵中研磨4小时后使样品原料充分混合，然后放入烧结炉，在1000℃下预烧12h，自然均匀冷却到室温，取出样品再次研磨4个小时，然后再在1000℃下预烧12h，取出样品之后再对样品进行研磨4小时，然后在13MPa下压片，压成直径约12mm，厚度约1mm的圆片，最后在1200℃～1300℃下大气环境中烧结24h后得到良好的多晶样品，此处预烧两次，是为了使样品混合更均匀，得到成像质量更高的样品。

为了确定样品的结构和性质，采用X射线衍射仪(Brooker Model D8-superspeed，Cu靶，波长λ为0.154056nm，步长为0.01～0.02°，2θ在10^o到80^o的范围内扫描)上测试，对样品的结构进行测试分析。为了确定样品的磁性，采用MPMS-XL SQUID(Quantum Design) 磁强计测量磁化强度温度关系()曲线。采用PPMS(Quantum Design)物性测量系统在5-310K温度范围下分别测量样品零场（H=0T）和加场(H=1T)的电阻率,外加磁场方向与电流方向垂直。磁电阻采用公式MR=[(ρ(0)-ρ(H))]/ρ(0)×100%,其中，ρ(0)和ρ(H)分别为零场下的和外加磁场下样品的电阻率值。

3 结果与讨论

3.1 多晶X射线衍射分析

图1给出了La_0.7Ca_0.2Ba_0.1Mn_1-xRu_xO₃（x=0~0.06）的XRD图谱,由衍射图谱，可以看出，样品呈现良好的单相结构，在实验允许的精度范围内，没有杂相出现。比照标准的PDF卡片并对其指标化，样品呈现标准的立方（cubic）钙钛矿结构,另外，从XRD衍射图谱中可以发现，随着掺杂量的增加锰氧化物，总体上衍射峰向小角度偏移，说明样品的晶格常数变大。

图1 La_0.7Ca_0.2Ba_0.1Mn_1-xRu_xO₃的XRD衍射图谱

根据立方晶系的晶格常数公式 以及布拉格衍射公式（n取一级衍射）选取几个较强峰的晶面指数代入公式，计算出系统的晶格常数怎么写论文。如表1所示：

表1 La_0.7Ca_0.2Ba_0.1Mn_1-xRu_xO₃的晶格常数

从表1中，可以看到，随着Ru低含量的增加，晶格常数也逐渐增大，晶胞膨胀，这与以往的文献的报导是一致的。根据相关文献报道，当Ru含量低于0.2时，Ru在LCBMRO中主要以四价，五价形式存在，尤其是Ru⁵⁺的存在，使得样品中部分的Mn⁴⁺转变成Mn³⁺，从而增大了样品中Mn³⁺的含量，由于Mn³⁺的离子半径大于Ru⁵⁺的离子半径，因此使得样品的晶格常数变大，晶胞膨胀。

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