【摘 要】
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近年来,钙钛矿型材料备受广大研究者所热捧。因为它能够应用到生活中的许多方面,例如光伏,存储介质,固体燃料电池等领域。同时在具有钙钛矿结构的过渡金属氧化物中,电荷,自旋,轨道和晶格等自由度之间存在复杂耦合相互作用,这导致了许多复杂的物理现象,例如金属绝缘体转变,高温超导,巨磁阻效应等。作为具有典型钙钛矿结构的稀土铁氧化物,R1-xxSrxFe03,由于在氧分离膜,固体燃料电池等领域具有广泛应用以及具
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近年来,钙钛矿型材料备受广大研究者所热捧。因为它能够应用到生活中的许多方面,例如光伏,存储介质,固体燃料电池等领域。同时在具有钙钛矿结构的过渡金属氧化物中,电荷,自旋,轨道和晶格等自由度之间存在复杂耦合相互作用,这导致了许多复杂的物理现象,例如金属绝缘体转变,高温超导,巨磁阻效应等。作为具有典型钙钛矿结构的稀土铁氧化物,R1-xxSrxFe03,由于在氧分离膜,固体燃料电池等领域具有广泛应用以及具有复杂的电荷不均匀转变而引起研究者的广泛关注。因为R1-xSrxFeO3材料的性质受到电子,晶格,自旋和元素排列等众多因素复合耦合的影响,使得其物理性质非常复杂,很多问题一直存在不同的观点,例如在La1-xSrxFeO3(x<0.4)中是否还存在电荷不均匀转变,La1-xSrxFeO3((0<x<1)系列材料复杂的磁结构演化。众所周知,内耗与力学谱是研究材料微结构弛豫和相变的一种非常有效实验手段。在本论文中,我们主要通过利用内耗与力学谱来探讨钙钛矿型铁氧化物中的微结构弛豫、电荷有序相变、结构相变和磁相变。具体内容分为如下几个部分:一、主要研究了 La0.75Sr0.25FeO3中的八面体倾斜的结构转变和畴行为以及A位阳离子不同有序程度排列对相变的影响。实验发现La0.75Sr0.25FeO3材料在450K附近模量存在极小值,也伴随着出现一个尖锐的内耗峰,这是倾斜转变(R3c→Pnma)在力学谱上的表现。模量软化现象是来源于应变和序参量之间的耦合作用。倾斜转变的转变温度会随着烧结温度的降低而降低。通过讨论分析,主要的原因是不同烧结温度会影响A位离子的有序排列,影响材料结构畸变的程度,从而影响相变温度。此外,通过力学谱实验发现,在Pnma相中存在铁弹畴壁的弛豫行为,我们认为这是畴壁密度和畴壁的粘滞系数随温度演化以及畴壁之间的相互作用引起的。在Pnma相内铁弹畴的动性可能与高温R3c相有关,也挑战了一般认为的Pnma相内不动铁弹畴的认识。二、系统研究了 Lai-xSrxFe03材料内的结构演变和电磁性质,并总结出了La1-xSrxFeO3材料的磁结构演化的简单相图。实验发现对于0.25≤x≤0.38系列材料存在八面体倾斜转变(R3c →Pnnma),并且其转变温度随着Sr掺杂量的增加而减小,最后消失在x>0.38的160K附近。同时在倾斜转变时,伴随着异常的磁转变,通过分析比较同类型钙钛矿材料可知,此种磁转变可能是自旋重取向。在低掺杂的系列样品中,实验观察到在150K附近由于电荷冻结引起的内耗峰,实验中还观察到系列样品在低于电荷冻结温度的另一个磁异常,这个磁异常的温度Tx随着Sr掺杂比例的增加而略微的增加。此外,实验发现了材料的反铁磁转变温度随着Sr掺杂比例的增加而往低温移动,最后降低到x=0.67的200K附近。最后通过结合文献和实验数据,绘出了 La1-xSrxFeO3材料的磁结构演化的简单相图。三、研究了 La1/3Sr2/3FeO3陶瓷材料中铁弹相中铁弹畴壁的动力学行为和氧空位与A位离子的排列有序对La1/3Sr2/3Fe03材料内电荷有序和倾斜相变的影响。实验发现La1/3Sr2/3FeO3陶瓷样品经历一次高温力学谱后,样品中的少量氧空位会抑制铁弹畴的粗化,对畴壁沿界面的法线方向的移动具有钉扎作用。低温烧结的样品的A位离子的排列低有序对La1/3Sr2/3Fe03材料低温电荷有序相变具有稍微的抑制作用。同时低温烧结的样品其倾斜转变中的模量软化程度更小。实验说明A位离子的排列有序对钙钛矿铁氧化物的性质具有深远的影响。四、研究了 Nd1/3Sr2/3FeO3中的电荷有序相变。通过比较Nd1/3Sr2/3FeO3与La1/3Sr2/3Fe03和Pr1/3Sr2/3Fe03电荷有序相变附近的磁性质,热分析、电阻以及力学谱等性质发现,在电荷有序相变前后两者的磁性质的变化,热分析以及电阻变化都有相似的现象,只有在力学谱上的表现有较大的差异。这说明在电荷有序的稳定性上,晶格效应也不可忽视。
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