钙钛矿氧化物材料(如稀土铁氧体RFeO3、La2NiMnO6、Sr2FeMoO6)具有丰富的物理性质,如磁性、磁电容效应、巨磁电阻效应等,在催化、磁记录、自旋电子器件、传感器等方面存在潜在的应用。对钙钛矿氧化物材料新颖物理特性的研究,将为寻找性质优异的新型多功能材料提供坚实的基础。本论文通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、穆斯堡尔谱仪、PPMS等表征手段,系统地研究了几种典型钙钛矿氧化物的结构、磁性及电性质,获得了如下研究成果: 1. Y1-xRxFeO3 (R=Lu, Gd)结构及磁性的研究。采用传统的固相反应方法制备了多晶Y1-xRxFeO3 (0≤x≤1, R=Lu, Gd)样品,首次系统地讨论了非磁性Lu3+离子和磁性Gd3+离子替代Y3+离子后YFeO3结构、磁性及铁电性的变化。X射线衍射结果表明所有样品均具有正交扭曲的钙钛矿结构(Pbnm群),离子替代没有改变YFeO3结构的对称性。穆斯堡尔谱结果显示样品在室温下为磁有序,样品中Fe离子处于八面体配位的+3价高自旋态。Y1-xLuxFeO3 (0≤x≤1)样品磁性的变化主要来自离子替代后样品晶体结构的扭曲。而Y1-xGdxFeO3 (0≤x≤1)样品中Gd3+离子的顺磁性贡献对样品的磁性变化起主要作用。Y1-xRxFeO3 (0≤x≤1, R=Lu, Gd)样品较高的铁磁居里温度来自较强的Fe-O-Fe超交换相互作用,居里温度的变化主要是由于晶体结构扭曲导致的超交换相互作用键角的变化。居里温度以上样品的磁化率符合居里-外斯定律,样品的有效顺磁磁矩来自稀土离子和Fe3+离子的共同贡献。此外,与多铁性材料稀土铬氧体不同,铁电性测试结果表明Y1-xRxFeO3 (0≤x≤1, R=Lu, Gd)没有表现出结构扭曲或电荷有序等导致的铁电现象,这为理解稀土铁氧体材料的铁电性提供了进一步的实验依据。 2. La2NiMnO6动力学磁性行为及比热的研究。采用固相反应方法合成了单斜双钙钛矿La2NiMnO6样品。磁性测量结果显示样品在149 K和270 K处出现了两个磁转变。样品的饱和磁化强度4 μB/f.u.小于理论的磁矩 5 μB/f.u.,说明样品中存在反位无序等缺陷。此外,零场冷却(ZFC)和有场冷却(FC)条件下测量的直流磁化率表现出不可逆现象,暗示样品具有自旋玻璃行为。通过测量交流磁化率、磁弛豫和记忆效应,我们对样品的动力学磁性行为进行了系统的讨论。根据Arrhenius定律拟合冻结温度与频率的关系得到的弛豫时间值约为10–13 s,处于超顺磁系统的弛豫时间范围内。此外,Vogel-Fulcher定律和Power定律拟合得到的弛豫时间约为10-6 s,均大于自旋玻璃系统的标准弛豫时间值,排除了自旋玻璃态存在的可能性。结合样品弱的磁弛豫效应和磁记忆效应,我们认为La2NiMnO6样品具有超顺磁行为。这种超顺磁性可能与样品中非相互作用的团簇或纳米级的晶粒有关。该研究为进一步理解双钙钛矿氧化物材料复杂的磁性以及重新认识其动力学磁性行为提供了基础。此外,我们首次测量了La2NiMnO6在零场和9 T下的比热,发现样品的比热在室温附近(~270 K)出现了转变,这说明该材料可能在磁制冷工程方面存在应用。 3. Pb2FeMoO6磁性及磁电阻效应的研究。采用高温高压合成方法制备了多晶Pb2FeMoO6样品。磁性测量显示Pb2FeMoO6具有铁磁性,居里温度Tc为243 K。居里温度以上样品的顺磁磁化率与测量磁场的大小有关,这是由于顺磁态存在不能被探测到的铁磁性杂相或Fe、Mo离子无序导致的短程磁波动。零场冷却和有场冷却下样品的磁化强度出现了不可逆现象,暗示样品中可能存在自旋玻璃态。但不同频率下样品的交流磁化率表现出频率无关的现象,这排除了样品自旋玻璃态的可能。此外,我们首次研究了Pb2FeMoO6的电阻率及磁电阻效应。Pb2FeMoO6表现出半导体行为,电阻率与温度的关系用可变程跳跃(VRH)模型很好地描述,较大的T0说明样品中电子处于高度局域的状态。但样品的磁电阻效应和传统Fe-Mo基化合物的磁电阻效应不同,这可能是由于样品中Fe、Mo离子无序破坏了电子在费米面附近的自旋极化态密度。我们认为样品电阻的变化主要是由于磁场对自旋波的抑制。该研究为理论计算提供了实验依据,同时下一步探索其他性质优异的双钙钛矿材料提供了基础。