双钙钛矿Sr2-xAxFeMoO6(A=Al、Gd/Ba、Ga)磁热性能的研究

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自上世纪以来,双钙钛矿材料因其丰富的物理性质而被广泛研究,尤其是其磁电方面的内容最为引人关注。1998年,日本物理学家Kobayashi等人在对双钙钛矿化合物Sr2FeMoO6(SFMO)的研究过程中取得了一系列研究成果,引发了学术界的巨大反响。他们根据密度泛函理论,通过对Sr2FeMoO6等双钙钛矿体系材料的能带结构进行计算,发现双钙钛矿化合物Sr2FeMoO6在费米能级附近展现出100%的自旋极化率,显示出该类化合物在自旋电子器件方面的巨大发展潜力,并随之在学术界产生了数年之久的研究热潮。近些年来许多科研工作者试图发掘该体系材料在其他领域应用的可能性。众所周知,双钙钛矿氧化物Sr2FeMoO6具备易调节的近室温磁相变点以及二级磁相变特征,满足人们对室温磁制冷材料的一些基本要求,因此有必要对其磁热性能进行研究。本论文对双钙钛矿氧化物Sr2FeMoO6的磁热性能进行了深入分析并采用离子取代的方式对材料的磁热性能进行调控。通过对材料的晶体结构、微观形貌、离子价态以及磁热性能进行表征,分析离子取代对材料磁热性能的调控作用。具体工作内容如下:(1)、使用溶胶凝胶法成功制备双钙钛矿氧化物Sr2FeMoO6,并且使用微量的Al3+进行离子掺杂。通过比较母体样品与掺杂样品的各方面物理性质,探究离子掺杂对材料磁热性能的影响。在此实验中,首先探究了离子掺杂对样品晶体结构的影响。其次对样品晶粒尺寸和离子价态进行观测,结果表明掺杂导致样品晶粒尺寸和离子价态发生明显改变。在5K的极低温下对样品的饱和磁化强度进行观测,并通过场冷曲线求出样品的居里温度,结果显示掺杂导致样品的磁化强度和居里温度有所下降。最后,通过等温磁化曲线以及相应关系式分别计算了母体样品与掺杂样品的最大磁熵变值。发现铝离子的引入有助于提升样品的磁热性能。(2)、对共掺杂双钙钛矿体系(Sr2-3xGdxBa2x)FeMoO6(SGBFMO)的磁热性能进行表征。样品通过固相反应法制备,首先对样品X射线衍射图谱进行精修处理。其次对样品中Fe/Mo离子价态进行测量,揭示其电子排布对样品有序度的影响。最后通过对样品磁学性质的测量,发现随着掺杂量的增加样品的磁转变区间明显扩宽,居里温度降低,并且样品的最大磁熵变值和相对制冷功率有明显下降。(3)、最后,改良样品制备工艺,对Ga3+掺杂下的双钙钛矿陶瓷材料的磁热性能进行了简单分析。其中主要探究了掺杂对样品的磁化强度以及居里温度的影响,并对母体样品的磁热性能进行计算,结果表明改良制备工艺可以有效地提高材料的磁热性能。
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