过渡金属氧化物Sr2IrO4及掺杂的制备和电磁特性的研究

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本文以过渡金属氧化物Sr2IrO4为主要研究对象,因为这种材料的结构不但和K2NiO4(La2CuO4)高度相似而且在电性和磁性方面有许多有趣的现象。这里运用传统的固相合成法对样品进行了制备,通过X射线衍射、物理性质测量系统和磁学测量系统以及扫描电子显微镜等实验方法对多晶样品进行了表征和电磁性质的研究。依据实验数据可以得到该材料的电阻随着温度的降低逐渐增大。特别是当温度降于50K左右时,电阻急速上升。这表明本该具有金属性的Sr2IrO4材料是具有弱铁磁性的绝缘体,即莫特绝缘体。Sr2IrO4材料在240K左右有明显的磁转变现象出现。150K附近,零场冷和场冷两条曲线发生了分叉现象,有趣的是零场冷的磁化曲线在95K急速下降至所测的最低温度,而场冷磁化曲线则是逐渐上升。这个现象可能与它的本征性质有关。本文还对具有5d电子组态过渡金属氧化物Sr2IrO4掺杂Ti元素后进行了细致的探索,对掺杂浓度为百分之十的材料的制备和物理性质进行了研究。数据表明多晶材料Sr2Ir0.9Ti0.1O4的电阻行为与绝缘体一致,尽管磁转变温度在240K附近并未发生改变,但是磁化强度变小。另外也对Sr1.95La0.05IrO4和Sr1.95Ca0.05IrO4进行了研究。La元素掺杂后的样品电阻变小,磁性转变被抑制。Ca元素掺杂后的样品,电阻和磁化强度变大,这与它自身的离子半径有关,从而对氧六面体结构产生影响。笔者猜想随着La元素掺杂浓度的增加,材料可能会呈现超导性。随着Ca元素掺杂浓度增加,材料绝缘性更强。  其次研究了同为钙钛矿结构的过渡金属氧化物SrTiO3-δ材料,发现它呈现金属性,这与它的氧空位有关。  综上所述,本文对研究过渡金属氧化物Sr2IrO4和SrTiO3-δ的性质提供了重要的参考价值,加深了笔者对此体系的理解。
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