【摘 要】
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近年来,稀土铁氧化物因其独特的物理性质获得广泛的关注,如单相多铁性材料的磁电耦合效应和双钙钛矿氧化物的室温磁热效应等。几何铁电体六角LuFeO3(h-LuFeO3)基单相多铁性材料表现出强磁电耦合效应,但其磁相变温度过低限制了实际应用,磁性能调控机制需要进一步研究。双钙钛矿Sr2Fe Mo O6材料因B位Fe/Mo离子有序占据,存在比普通钙钛矿材料更丰富的磁交换作用,表现出丰富的磁功能性质。而对双
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近年来,稀土铁氧化物因其独特的物理性质获得广泛的关注,如单相多铁性材料的磁电耦合效应和双钙钛矿氧化物的室温磁热效应等。几何铁电体六角LuFeO3(h-LuFeO3)基单相多铁性材料表现出强磁电耦合效应,但其磁相变温度过低限制了实际应用,磁性能调控机制需要进一步研究。双钙钛矿Sr2Fe Mo O6材料因B位Fe/Mo离子有序占据,存在比普通钙钛矿材料更丰富的磁交换作用,表现出丰富的磁功能性质。而对双钙钛矿材料有序度的掺杂调控,对磁功能性质的影响机制有待研究。因此,本论文将以六角LuFeO3基单相多铁性材料,Sr2Fe Mo O6双钙钛矿氧化物为研究对象,开展磁电耦合效应和磁功能性质调控方面的研究。具体研究内容如下:首先,研究不同种类离子掺杂调控h-LuFeO3材料的磁相变温度的问题。一方面,我们研究了较小离子半径的In3+掺杂对六角(Lu1-xInx)0.5Sc0.5Fe O3系列样品的影响。实验发现,所有样品在163 K附近发生反铁磁转变,还存在介电异常,说明此处存在磁电耦合效应;体系磁相变温度的变化不与晶格参数c/a直接关联,可能与K3型结构畸变中Fe O5双锥的倾斜角有关。在磁转变温度TN以上,发现该体系内还存在一个磁异常温度TA,TA随掺杂量的增加而升高至室温附近。另一方面,我们研究了(Zn2+,Sn4+)离子组合共掺杂对六角Lu0.5[In1-x(Zn0.5Sn0.5)x]0.5Fe O3(0≤x≤0.5)系列样品的结构和磁性的影响,发现体系随着共掺杂量的增加,体系K3型结构畸变变小,磁相变温度降低。这是由于共掺杂体系随着掺杂量x的增加,晶格参数a增大,c/a减小,Fe离子间相互作用减弱,TN逐渐降低。其次,我们研究了六角(Lu1-xInx)0.5Sc0.5Fe O3(0.1≤x≤0.3)系列样品的变磁性转变现象,发现x=0.1、x=0.2、x=0.3样品分别在(40 K-150 K)、(60 K-150 K)、(80 K-150 K)区间内发生变磁性转变。根据M-T数据,此温度区间属于体系的自旋重取向温度TSR与TN温度区间,变磁性转变与此温度区间的磁结构变化有关,可能来源于B2型到A2型的磁结构转变。不同的掺杂浓度下,体系转变的临界场和温度不一样;最大临界场随掺杂量增加,逐渐向高温移动,这与TSR的变化趋势一致。由此可以看出,体系在自旋重取向以上的磁结构可以受外场的影响。最后,因稀土离子的特殊性质对双钙钛矿的结构和磁相互作用起着重要促进作用,我们研究了离子半径较小的重稀土Ho3+对双钙钛矿A位阳离子掺杂时,对Sr2-xHoxFe Mo O6体系磁热效应的影响。实验发现,x=0.1样品在室温附近(313 K),2 T磁场下,获得最大负磁熵变0.4631 J·kg-1·K-1,获得最大相对制冷功率值37.5 J·kg-1。在0≤x≤0.1范围内,磁热效应也随Ho3+掺杂量的增加而增强。结果表明,重稀土离子Ho3+在一定范围内有助于体系磁热效应的提高,对设计探索新型磁制冷工质有一定的借鉴意义。
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