摻雜鈷氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的磁性偏置現象研究

楊亦云

(安康學院 電子與信息工程學院， 陜西 安康 725000)

摻雜鈷氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的磁性偏置現象研究

楊亦云

(安康學院 電子與信息工程學院， 陜西 安康 725000)

分析了鈣鈦礦鈷氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3樣品的磁性偏置現象。采用標準的固相法制成了多晶樣品。在加場降溫的情況下，對Nd0.85Sr0.15CoO3進行了M-H曲線的測試，發現樣品存在偏置現象，而且研究發現，Nd0.85Sr0.15CoO3樣品的偏置現象隨著外磁場溫度升高而減小。結果表明：在Nd0.85Sr0.15CoO3樣品中，由于鐵磁團簇和自旋玻璃層之間存在著界面耦合作用，從而導致了偏置現象的出現。

摻雜鈷化物；自旋玻璃；偏置現象

具有鐵磁和反鐵磁分界面的材料，當樣品從奈爾溫度以上帶場冷卻、在奈爾溫度以下測量磁滯回線時出現偏置現象。偏置現象是由反鐵磁區域-鐵磁區域交界處的耦合作用導致的各向異性所引起的。20世紀50年代，Meiklejion等在研究被CoO包裹的Co顆粒時，觀察到了體系的偏置現象。后來，人們又在許多體系的分界面中觀察到偏置現象[1-3]。在單晶樣品、多晶樣品以及薄膜樣品中都發現了偏置現象[4-7]，表明交換偏置是這些體系的內在特征，而與制備的方法無關。近年來，在自旋玻璃相分離體系中也發現了類似的偏置現象。一般研究認為是鐵磁和自旋玻璃(FM/SG)交界處的耦合作用導致偏置現象的出現[8-12]。

本文研究了摻雜鈷氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的偏置現象。研究發現：Nd0.85Sr0.15CoO3的偏置現象會隨著外磁場溫度變化而發生變化。

1 實驗

采用標準的固相法制備了Nd0.85Sr0.15CoO3陶瓷樣品。在800 ℃，將純度很高的Nd2O3原料進行預燒。然后把理想配比的Nd2O3、SrCO3和Co2O3粉末均勻混合在一起，經研磨之后壓成片，在1 000 ℃燒結24 h。再次研磨，壓成片，預燒溫度分別是1 100,1 200 ℃，預燒時間是48 h。最后慢慢降低溫度，經過12 h到達室溫，則樣品制備完成。晶體結構的XRD室溫譜圖測量采用Bede公司生產的D1型X光衍射儀。儀器使用Cu靶Kα線。室溫XRD譜圖(見圖1)表明：樣品是單相，具有正交鈣鈦礦結構。磁性測試采用的是物理性質測試系統。

圖1 Nd0.85Sr0.15CoO3樣品的室溫XRD譜圖Fig.1 The room temperature X-ray diffraction pattern of Nd0.85Sr0.15CoO3

2 結果與討論

在加場降溫的情況下，對Nd0.85Sr0.15CoO3樣品分別在10，25，40 K進行了M-H曲線的測量，分析體系產生交換偏置現象的內在原因。測量時，從300 K降到測試溫度，測量場為5 kOe。

圖2是樣品在10 K時的M-H曲線。由圖可以發現，樣品在10 K時發生了非常明顯的偏置現象，其中：HE=292 Oe，ME=2.365 emu/g。ME為M-H曲線中心沿垂直方向的移動，HE為M-H曲線中心沿水平的方向移動。ME=(Mup+Mdown)/2，Mup和Mdown是磁滯回線與M軸的交點；HE=-(Hright+Hleft)/2，Hright和Hleft是磁滯回線H軸的交點。圖3是Nd0.85Sr0.15CoO3樣品在25 K時的M-H曲線，右下方內插圖為磁滯回線曲線的中心的放大圖。由圖3可以發現，同樣出現了偏置現象。其中：HE=283 Oe，ME=0.52 emu/g。從10 K和25 K測試結果的對比可以發現：樣品的偏置現象隨測試溫度的升高而逐漸地減小。

圖2 Nd0.85Sr0.15CoO3樣品在10 K條件下的M-H曲線，Hcool=5 kOeFig.2 Hysteresis loop for Nd0.85Sr0.15CoO3measured at 10 K in Hcool=5 kOe.

圖4為Nd0.85Sr0.15CoO3在40 K時的M-H曲線。當測試溫度達到40 K、在其凍結溫度以上(其凍結溫度為35.15 K[13])時，樣品的HE和ME均為0。從圖2～4的結果對比可以發現：偏置現象隨測試溫度升高而減小，當溫度達到凍結溫度以上時，交換偏置現象消失。由圖4中磁滯回線中心的放大圖可以明顯發現40 K時偏置現象消失。在凍結溫度附近，偏置現象會消失，這在有鐵磁和自旋玻璃分界面的體系中是非常典型的[7,9,11]。

圖3 Nd0.85Sr0.15CoO3樣品在25 K時的M-H曲線(右下方插圖為M-H曲線的中心的放大圖)Fig.3 Hysteresis loop for Nd0.85Sr0.15CoO3 measured at 25 K.Inset:enlarged view of the central ragion of the loops

圖4 Nd0.85Sr0.15CoO3樣品在40 K時的M-H曲線放大圖(右下方插圖為M-H曲線)Fig.4 Hysteresis loop for Nd0.85Sr0.15CoO3 measured at 40 K.Inset:enlarged view of the central region of the loops

在Nd0.85Sr0.15CoO3樣品的凍結溫度以下(TSG=35.15 K)帶場測試磁滯回線，ME出現，即M-H曲線出現磁矩方向的偏移。這是因為鐵磁和自旋玻璃界面處容易受各種能量相互影響。在外磁場中，材料的磁性質主要受以下4種不同能量的影響：鐵磁團簇的各向異性能EF以及塞曼能EZ，鐵磁和自旋玻璃界面的交換能Eint以及自旋玻璃的層各異性能ES[2-3,9]。引入塞曼能的有效值EZeff=|EZ|-|EF|。當EZeff

另一方面，樣品在帶場冷卻條件下經過TC時，鐵磁區域的自旋與外場的取向一致，而自旋玻璃仍舊保持磁矩的無序狀態。測試溫度達到自旋玻璃凍結溫度TSG以下時，由于鐵磁團簇和自旋玻璃交界處的耦合作用，SG表面處的磁矩不會被凍結在外磁場方向。而且由于耦合作用，實際上與鐵磁團簇交界處的自旋玻璃的磁矩沿特定的方向有序排列。當外磁場轉向時，鐵磁區的磁矩隨之轉動，而自旋玻璃區域的磁矩仍然保持原來的方向，并且由于耦合作用，界面層的自旋玻璃磁矩對鐵磁磁矩施加了扭矩的作用，使鐵磁團簇自旋仍舊保持著原有的方向。正是因為磁矩作用的存在，使改變鐵磁層的外磁場比較大。當外磁場再次反向時，由于微觀扭矩的作用，鐵磁磁矩在小的磁場下就發生轉動，因此HE出現，即偏置現象出現。

3 結束語

本文研究了摻雜鈷氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的偏置現象。通過對Nd0.85Sr0.15CoO3偏置現象的研究可以發現：偏置現象隨測試溫度升高而減小。研究表明：在Nd0.85Sr0.15CoO3體系中自旋玻璃位于鐵磁區域和非磁區域之間，形成了一個界面層，由于鐵磁團簇和自旋玻璃層之間存在著交換耦合作用，引起了界面處的單向各向異性，從而導致了偏置現象的出現。

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(責任編輯 楊文青)

Investigation of Bias Effect in Doped Cobaltite Nd0.85Sr0.15CoO3

YANG Yi-yun

(College of Electronics & Information Engineering，Ankang University，Ankang 725000，China)

We studied the bias effect of perovskite oxides Nd0.85Sr0.15CoO3sample. We prepared the sample in a high temperature by traditional solid state reaction method. When the Nd0.85Sr0.15CoO3sample was cooled in magnetic field via low temperature, the bias effect appears. Moreover, bias effect of Nd0.85Sr0.15CoO3decreases with the increasing temperature. Therefore, our study confirms that the bias effect gives strong evidences for the existence of exchange coupling between FM and non-FM regions in Nd0.85Sr0.15CoO3sample.

doped cobalt; spin glass; bias effect

2016-10-17 基金項目：國家自然科學基金資助項目(61152003)；陜西省教育廳科學研究計劃項目(16JK1015)；安康學院項目 (2015AYPYZR05)

楊亦云(1976—), 女,碩士，主要從事磁性物質的低溫物性研究，E-mail：yangyiyun2005@qq.com。

楊亦云.摻雜鈷氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的磁性偏置現象研究[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(2):52-55.

format：YANG Yi-yun.Investigation of Bias Effect in Doped Cobaltite Nd0.85Sr0.15CoO3[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(2):52-55.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.02.009

O482.54

A

1674-8425(2017)02-0052-04