纳米层状钴氧化物及其复合物性质的研究

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作者杨倩
来源东南大学
出版年2016
摘要
本文主要研究纳米层状钙钛矿GdBaCo2O5+δ的结构,形貌,物性以及与拓扑绝缘体Bi2Se3组成不同体积比复合物的性能。利用溶胶凝胶法制备出不同烧结温度的GdBaCo2O5+δ小尺寸颗粒,并利用X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和x射线能量色散谱(EDS)对样品的结构,形貌以及成分进行表征。结果表明所有的GdBaCo2O5+δ样品均为单相,且具有层状结构,而900℃样品的晶粒尺寸已达到了纳米量级。本文采用碘滴定法确定样品中的氧含量,滴定的结果如下:900℃烧结的GdBaCo2O5+δ样品的氧含量为5.44,1000℃烧结的GdBaCo2O5+δ样品的氧含量为5.26,1100℃烧结的GdBaCo2O5+δ样品的含氧量为5.25。磁性测量显示:900℃样品的M-T曲线和固相反应制备出块体材料样品的M-T曲线基本相近,这是因为他们的氧含量基本相同;对于氧含量较少的1000℃和1100℃样品,反铁磁基体中出现了孤立的铁磁团簇,这些团簇在居里温度Tc以下表现出超顺磁和铁磁相结合的磁性,所以和900-C样品相比,它们的磁化强度在铁磁转变温度附近时较弱。所有样品零场冷却M-T曲线和带场冷却M-T曲线都存在分又,显示样品中都存在铁磁交换作用和反铁磁交换作用的竞争。电性测量显示:三个样品在整个温度区间都表现出绝缘体行为;又因三个样品的氧含量不同,导致相同温度下,氧含量越少的样品电阻率越大。磁输运结果表明小尺寸颗粒的GdBaCo2O5+δ在较低温度下具有较大的磁电阻值效应,且这种低温的磁电阻效应随晶粒尺寸减小磁电阻效应越明显,这是由于自旋极化晶界隧穿机制导致。本文成功制备了不同体积比(1-x) GdBaCo2O5+δ/xBi2Se3复合物,并对其进行了物性表征。电阻测量表明所有样品都具有金属导电性,随着Bi2Se3增加,样品电阻减小。磁输运测量表明:复合物在不同温度下均有正的磁电阻效应,且随着温度的升高,磁电阻效应都呈减弱的趋势。复合物中Bi2Se3依然保持无间隙拓扑表面态的性质,故在高场区域内的MR-H曲线呈线性变化的趋势。在T=150 K和T=300 K时,x=0.7和x=0.8复合物具有最强的磁电阻效应,这可能是碲化物和钴氧化物的界面效应导致。

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