重稀土与双钙钛矿型化合物Sr2FeMoO6的耦合效应研究

Due to the different electronic structure between light rare-earth (LR) and heavy rare-earth (HR), the moment of light rare-earth and heavy rare-earth acts differently with that of transitional metal (TM). Consequently, compound composed of LR, HR and TM exhibits complicated magnetic behavior and peculiar physical phenomenon. From the point of interaction between moment of heavy rare earth and transitional metal, in this work we will prepare heavy rare-earth doped Sr2FeMoO6 and investigate the coupling effect of heavy rare earth in Sr2FeMoO6 compound (including crystalline,structural distortion, new ordered phase and magnetization orientation) by X-ray powder diffraction and neutron powder diffraction; secondly, based on the analysis of physical properties,such as Curie temperature and resistivity, we will investigate the interaction between HR and TM and clarify the different coupling interaction between TM-LR and TM-HR.Based on the results above, finally we will understand in detail the effect of A cation on the physical properties of double perovskite.

轻稀土与重稀土由于电子结构的不同，当轻、重稀土与过渡金属元素形成化合物时，轻、重稀土与过渡金属元素的磁矩会有不同的相互作用，化合物因此呈现出复杂的磁化行为、磁结构以及奇特的物理现象。本项目将制备重稀土掺杂的Sr2FeMoO6化合物，从重稀土磁矩与过渡金属原子磁矩相互作用的角度，利用X射线衍射、中子粉末衍射技术，精确测定化合物的晶体结构、磁结构，研究重稀土磁矩在化合物中的耦合效应，包括成相、结构畸变、新的有序分布、磁矩取向、磁矩大小等；通过对居里温度、电阻率等物性的分析，结合晶体结构信息，研究重稀土与化合物中过渡金属原子之间的相互作用；明确由于电子结构的不同，轻、重稀土在化合物中的不同相互作用，进一步了解A位阳离子对双钙钛矿化合物物理特性的影响，丰富其物理内涵。

轻、重稀土由于电子结构、离子尺寸的不同，二者在Sr2FeMoO6化合物中的掺杂效应也将有较大区别。本项目在前期工作的基础上，系统分析了重稀土掺杂的(Sr2-xLnx)FeMoO6 (x=0、0.1、0.15; Ln=Sr、Gd、Tb、Dy、Y、Ho)化合物的晶体结构及电磁特性。结果发现，所有化合物均为单相，属于I4/m空间群。与轻稀土相比，本工作中电子掺杂对单胞体积的增大作用更加明显，同时重稀土引起的结构畸变明显增强，化合物的电磁特性也因此受到较大影响。一方面，结构畸变使得电子在Fe-O-Mo-O-Fe之间的跃迁受阻，双交换相互作用减弱，电阻率升高，半导体特性增强。然而，另一方面，与轻稀土研究结果一致，电子掺杂相当于向导带注入电子，有利于提高电子跃迁积分，增强双交换相互作用。对(Sr2-xGdx)FeMoO6化合物来说，电子掺杂影响稍占优势，因此其居里温度稍有提高，电阻率和半导体-金属转变温度降低，金属特性增强；随着镧系收缩，结构畸变影响明显占优势，对(Sr2-xHox)FeMoO6化合物来说，其居里温度明显降低（dTC/dx≈-1K/%Ln），电阻率增大，半导体特性增强，半导体-金属转变温度从(Sr2-xGdx)FeMoO6的138K提高至181K。磁化曲线测量发现，重稀土掺杂并没有改变Sr2FeMoO6 化合物原有的铁磁特性，饱和磁矩结果说明低温下稀土离子磁矩平行于B位子晶格磁矩。综合前期研究结果说明，除Eu外，从La到Ho 11种稀土元素（含Y），虽然元素本身具有不同的磁特性，但其磁矩在Sr2FeMoO6 化合物中具有相同的耦合效应。然而，由于结构畸变，重稀土掺杂的Sr2FeMoO6 化合物的电磁特性较之轻稀土掺杂体系发生较大变化。这说明，A位阳离子对双钙钛矿化合物的电磁特性也具有重要影响。本项目研究结果有利于全面理解稀土元素在双钙钛矿化合物中的作用。.此外，考虑到氧含量在Sr2FeMoO6化合物中的重要作用，本工作还系统研究了Sr2FeMoO6-δ（δ=0.132, 0.296）化合物的电磁特性。结果发现，当氧空位超过δ=0.132时，双交换相互作用明显减弱，化合物的电阻率明显提高。然而，氧空位并未影响Sr2FeMoO6化合物的饱和磁矩，反位缺陷仍是饱和磁矩降低的主要原因。