Nd1-xMxNiO3(M=Sr,Ca)块材的晶体结构、电性和磁性的研究

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近年来,由于强关联电子效应,LnNiO3的晶体结构、电性和磁性得到了广泛的研究,尤其是它的金属绝缘体转变和反铁磁转变,并且这两种转变温度与Ln3+离子半径有密切联系。NdNiO3是LnNiO3家族中特殊的一员,很多文献指出可以通过调节Nd位的平均离子半径来调控NdNiO3的晶体结构,并使金属绝缘体转变温度(TMI)在0-400K的相变温区范围内可调。但是,NdNiO3的制备是一项极具挑战性的工作,尽管已经有许多文献研究了NdNiO3的制备工艺,但仍需要较为苛刻的制备条件,且制得样品的品质难以保证,不利于对其进行更深入的研究。因此,本文旨在探究Nd1-xMxNiO3(M=Sr,Ca)的制备,并对M2+(M2+=Sr2+,Ca2+)取代Nd3+后的晶体结构、电性和磁性等性能进行研究。具体研究内容如下:首先,以Nd1-xSrxNiO3(0≤x≤0.3)为对象,并研究其制备工艺、晶体结构、电性和磁性。实验结果表明,选择蒸馏水取代柠檬酸作为分散剂将不会引入杂相,所以采用改进后的硝酸盐法可以在相对较低的条件下获得Nd1-xSrxNiO3纯相。同时,常压环境下记录的成相过程表明掺杂量和烧结温度的增加均会导致(Nd1-xSrx)2NiO4的形成。另外,由于Sr2+的离子半径比Nd3+大,Sr2+掺杂不仅导致晶格参数随着Sr2+离子浓度x(≤0.2)的增加而发生系统性的变化,还有利于Nd1-xSrxNiO3晶体结构更加有序(表现为TMI=TN),且随掺杂量的增加金属绝缘转变和反铁磁转变温度逐渐降低,换言之,Sr2+取代Nd3+抑制了NdNiO3的金属绝缘转变和反铁磁转变。但是过量掺杂(x≈0.3)导致了样品发生晶格畸变,还引起了Nd0.7Sr0.3NiO3样品的TMI和TN突增且分离,分离现象可能和晶粒尺寸有关。其次,研究了Nd1-xCaxNiO3(0≤x≤0.3)的制备工艺、晶体结构、电性和磁性。Nd1-xSrxNiO3的制备结果表明降低反应温度和提高氧压是获得纯相的主要手段,因此,依据该思路改进工艺获得了Nd1-xCaxNiO3纯相。随着掺杂量x的增加,Nd1-xCaxNiO3的晶格参数均表现有规律的变化。同时,常压环境下记录的成相过程表明,掺杂量和烧结温度的增加均会导致(Nd1-xSrx)2NiO4的形成。此外,随着掺Ca量增加到0.2,NiO6八面体的有序程度和钙钛矿结构的稳定性持续增加,而掺杂量为30%样品的晶胞体积突然减小,这是因为过度掺杂导致晶体结构发生畸变,但是它的晶体结构仍然比母相更加有序。结合Nd1-xCaxNiO3的晶体结构、电性和磁性的结果进行分析,与母相相比,掺杂Ca2+不仅可以使Nd1-xCaxNiO3的晶体结构更加有序,还抑制了金属绝缘转变和反铁磁转变,使其表现出类金属性和顺磁性。
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