Ising自旋系统Ca3Co2O6及其掺杂化合物的记忆效应和磁弛豫研究

作     者：时雪梦 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：欧阳钟文

授予年度：2013年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：Ca3Co2O6 微量掺杂 记忆效应 磁弛豫 

摘      要：自旋链化合物Ca3Co2O6是一个存在几何阻挫的系统。人们研究的热点是：强伊辛特征、磁化量子隧穿、热电特性、Mn掺杂化合物的逆磁化率行为等。其中备受关注的是PDA态和磁化台阶。 本文系统的研究了Ising自旋系统Ca3Co2O6及其掺杂化合物Ca3Co2-xTxO6(T=Mn，Fe，Al和Mg)(x=0.02，0.04)和Ca3-xAxCo2O6(A=Sr，Na)(x=0.06，0.12)的记忆效应、磁弛豫以及ESR图谱。 采用溶胶-凝胶法制备的化合物Ca3Co2-xTxO6(T=Mn，Fe，Al和Mg)(x=0.02，0.04)和Ca3-xAxCo2O6(A=Sr，Na)(x=0.06，0.12)是一系列多晶粉末。XRD图谱及晶格常数表明此一系列化合物的晶体结构为斜方六面体结构。磁化测量数据表明：当Ca3Co2-xTxO6(T=Ga，Mg和Al)的微量掺杂时，磁化随时间的变化与母相比较几乎没有改变，由此可以推断出自旋玻璃行为与竞争磁相互作用的自旋阻挫有关系，与化学无序关系不大。 同时研究了Ca3Co2O6及其掺杂了微量化合物后的记忆效应，以此验证了低温时的自旋玻璃冻结行为。通过磁化随时间的变化曲线我们进一步研究了磁弛豫，初始阶段的弛豫可以用指数函数描述，而后面的弛豫现象遵循扩展的指数函数。由此证明磁弛豫的确是由于微量掺杂诱导的无序影响的。在这一系列的掺杂化合物中，Fe对弛豫的影响比较大，可能是因为Fe离子是AFM离子，替代高自旋三棱柱Cotrig位，与其它离子之间是反铁磁耦合，所以对自旋链的FM特征有很大的影响。 最后我们测量了Ca3Co1.98Fe0.02O6和Ca3Co1.96Fe0.04O6多晶样品的X带电子自旋共振（ESR）谱，观察到存在很强的Fe3+自旋共振。而之前所做的Ca3Co1.6Fe0.4O6的ESR实验观察到了Co3+共振。同样是掺杂Fe，但是掺杂的量不同，测得的共振峰就凸显不同。当微量掺杂时，Fe在化合物中还是一个孤立的粒子，自由粒子之间的相互作用比较弱，而x=0.4的样品Fe与Co已经形成了晶格之间的相互作用，此时Fe不再是孤立的。故微量掺杂的样品观察到了Fe3+自旋共振，Ca3Co1.6Fe0.4O6观察到了Co3+共振。