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热处理对钙钛矿锰氧化物La0.95Sr0.05MnO3离子价态和磁结构的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:物理学报
  • 时间:2016.1.20
  • 页码:027501-1-027501-9
  • 分类:O484.1[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]河北师范大学物理科学与信息工程学院,河北省新型薄膜材料实验室,石家庄050024, [2]中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11174069)、河北省自然科学基金(批准号:A2015205111)和河北省教育厅青年基金(批准号:QN201310081资助的课题.
  • 相关项目:尖晶石铁氧体中阳离子分布的量子力学方法研究
中文摘要:

对于磁性氧化物的磁有序,传统的观点用超交换相互作用(SE)和双交换相互作用(DE)模型进行解释,其出发点都建立在全部氧离子是-2价的基础上.例如,对于LaMnO_3,认为其中的La和Mn都处于+3价,用SE模型解释相邻Mn^(3+)离子间的反铁磁序;当以二价的Sr离子替代一部分La离子后,认为等量的Mn^(3+)离子变为Mn^(4+)离子,用DE模型解释相邻Mn^(3+)和Mn^(4+)离子间的铁磁序.然而,事实上在氧化物中存在一部分负一价氧离子.Cohen[Nature 358 136]利用密度泛函理论计算了BaTiO_3的价电子态密度,结果得到只有Ba离子的化合价与传统观点相同,为+2价;而Ti和0分别为+2.89价和-1.63价,不是传统观点的+4价和-2价,但是与多年来关于氧化物电离度的研究[Rev.Mod.Phys.42 317]和X射线光电子谱(XPS)的研究结果相符合.本文经过不同热处理条件制备了名义成分为La_(0.95)Sr_(0.05)MnO_3的三个样品,通过对样品的XPS分析,发现样品中不存在Mn^(4+)离子,只存在Mn2+和Mn^(3+)离子,平均价态随热处理程序的增加而升高.尽管三个样品有相同的晶体结构,但磁矩明显不同.对于这样的性能,不能用SE和DE模型解释其磁结构.利用本课题组最近在研究尖晶石结构铁氧体磁有序过程中提出的O 2p巡游电子模型解释了这种现象,利用样品在10 K的磁矩估算出的Mn离子平均价态变化趋势与XPS分析结果一致.O 2p巡游电子模型的出发点建立在氧化物中存在一部分负一价氧离子的基础上,这是其与SE和DE模型的根本区别.

英文摘要:

In traditional views, the magnetic ordering of oxides may be explained using magnetic superexchange (SE) or double exchange (DE) interaction models. Both models are based on an assumption that the valences of all oxygen ions be -2. For example, both La and Mn in LaMnO3 are assumed to be trivalent, in which antiferromagnetic spin structure is explained using the SE interaction between Mn3+ cations mediated by oxygen anions. In La1-xSrxMnO3, there exists a part of Mn4+ cations with the content ratio of Mn4+/Mn3+ being x/(1 - x), in which spin structure and electronic transport properties are explained by DE interaction. However, there is a part of monovalent oxygen ions existing in oxides. Cohen [Nature 358 136] has calculated the densities of states for valence electrons in the perovskite oxide BaTiO3 using density functional theory. Results indicate that the average valence of Ba is +2, being the same as that in the traditional one, but the average valences of Ti and O are +2.89 and -1.63 respectively, agreeing with the results obtained using ionicity investigation [Rev. Mod. Phys. 42 317] and X-ray photoelectron spectra (XPS) analysis, but different from the conventional results +4 and -2. In this paper, three samples with the nominal composition La0.95Sr0.05MnO3 are prepared by different thermal-treatments. Likewise, there are only Mn2+ and Mn3+ cations, but no Mn4+ cations in .La0.95Sr0.05MnO3, a result obtained by XPS analysis, and the average valence of Mn in La0.95Sr0.05MnO3 samples increases with increaseing thermal-treatment. Although the crystal structures of the samples are the same, the magnetic moments per formula are obviously different. This magnetic structure cannot be explained using the conventional SE and DE interaction models. Using the O 2p itinerant electron model for spinel ferrites proposed recently by our group, we can explain this magnetic structure. The variation trend of the average valences of Mn cations calculated using the magnetic moments per form

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876