【正文】 M(A/m) M(A/m) 根據此表先做出三條MT曲線，如下圖：176。C230。230。然后使用Origin軟件對數據曲線Smoothing處理后，進行一階微分，得到頻率f分別為1kHz、2kHz、3kHz時的斜率分布（右上小圖），由微分數據可得，斜率(dM/dT)絕對值最大處，即居里溫度，分別為：TC|f=1kHz=，TC|f=2kHz=，TC|f=3kHz=。數據在試驗誤差允許范圍之內，最后得到的居里點為：TC=。f=1kHz, MT M Smoothed (A/m) (C)M Smoothed Y 2of=2kHz, MT Derivative Y (A/m)1203040Smoothed X 2020o3040T(C)f=3kHz, MT M Smoothed Y 3Derivative Y (A/m) X 31020o3040T(C)167。實驗結果分析從圖中可以明顯看出，在磁化強度降低到接近0之后，又迅速上升，并且之后保持基本不變。理論上，當磁體溫度超過居里點后，熱運動能占主導地位，磁體已經由鐵磁性轉變?yōu)轫槾判?，順磁性的物體磁化強度應該隨著外加磁場而變化，在圖線上應該維持基本為0的水平不變。然而在實驗中，此樣品的磁化強度反而在越過居里點后上升至水平，此結果表明本實驗熱差關系結果反常。一、儀器原因試驗中探測線圈產生的磁場會由補償線圈產生補償磁場抵消，因而在樣品沒有磁場的情況下不應測得磁場，這也正是理想情況下曲線在越過居里點后保持接近0的水平不變的原因。然而探測線圈可以激發(fā)順磁體的磁場，并且此磁場無法被補償線圈抵消。因此由于探測線圈的故障而錯誤的激發(fā)磁場是此試驗結果反常的原因之一。二、樣品原因曲線反常的物理本質為樣品在越過居里點后又恢復了一部分鐵磁性，因此探究樣品原因即為討論樣品保持鐵磁性的特性。在討論樣品的可能影響試驗的因素之前，結合前面的氧化物晶體結構介紹，先來研究鈣鈦礦錳氧化物的電子構型。1．電子構型以La(Ca,Ba,Sr)MnO稀土錳氧化物為例，其中的Mn離子位于氧八面體中心位置，在未摻雜LaMnO3中，Mn離子為+3價，3d軌道有4個電子。在球形勢場中，Mn3+的3d軌203040道是五重簡并的，而在O2八面體形成的晶格場作用下，LaMnO3中Mn3+離子軌道的五重簡并部分消除，劈裂成三重簡并的t2g軌道和二重簡并的eg軌道。其中能級較高的eg:軌道與氧離子2p軌道發(fā)生強的雜化，所以eg軌道上的電子受到帶負電氧離子的很強的庫侖排斥力，t2g軌道與氧離子2p軌道雜化較小，受到的庫侖排斥力弱，并且由于受到強Hund藕合作用，2214個3d電子形成自旋量子數為S=2的高自旋態(tài)，即tgeg 態(tài)，t2g軌道的能級低，與氧離子的軌道間有較小的重疊，能帶寬度很窄，形成S=3/2的局域芯自旋，而eg軌道與氧離子的2p軌道有較強的雜化，同時，由于JahnTelle：效應的存在，3d能級進一步分裂。那么，未摻雜LaMnO3為反鐵磁絕緣體，是由于每個Mn格點上，4個3d電子自旋平行排列，相鄰Mn格點間通過氧的超交換作用，自旋相互反平行，最終整個體系形成反鐵磁有序，對于體系的導電性質而言，每個Mn格點上的eg電子有可能巡游，但是由于躍遷能量遠小于庫侖能量，無法連續(xù)跳躍巡游，形不成有效的電導，體系表現(xiàn)為所謂的Mott絕緣體（即電子的庫侖作用能量大于其能帶寬度）。當適量的二價堿土金屬元素部分地替代了La時，相應地，部分Mn3+轉變?yōu)镸n4+，其3d電子組態(tài)為t2geg，此時eg軌道變?yōu)榭哲壍?，相當于體系中引入了空穴載流子，eg電子成為巡游導電電子，體系表現(xiàn)為鐵磁性金屬。2．雙交換相互作用1951年Zener為解釋混價錳氧化物的磁性和電輸運性質提出了雙交換作用模型。在LaMnO3中Mn3+(3d4)離子處于O2 離子組成的八面體中央，立方體晶場的作用使3d電子態(tài)30分裂為能量較低的t2g（三重態(tài)）和能量較高的eg(兩重態(tài))，由于JT效應，eg軌道被進一步辟裂為兩個單重態(tài)，因而Mn3+的4個3d電子都是局域的，故LaMnO3超交換作用支配為反鐵磁性，同時屬于電荷能隙型的絕緣體。當部分La3+被二價陽離子取代后，Mn3+(3d4: t2g3 eg1)和Mn4+(3d3: 2g3 eg0)離子同時出現(xiàn)了，也就是說部分空的eg軌道被引入了。由于eg的能量較低，它與O2離子的2p軌道的重疊很小，3個t2g電子形成了局域的t2g自旋(S=3/2)，但eg電子的態(tài)的能量高，它與O2 離子的2p態(tài)之間有較強的雜化，因而O2離子的一個2p電子轉移到Mn4+的空eg軌道上，同時Mn3+的eg電子立刻轉移至O2離子，這一過程使eg電子從Mn3+跳越至Mn4+而并不改變系統(tǒng)的能量，于是形成電導，同時巡游的從而導致eg電子的自旋在每一個錳離子位與局域的t2g自旋受洪特規(guī)則制約必須平行排列，鐵磁性。如圖所示3．JahnTeller效應對固體來說，Jahn Teller effect可以這樣來表述：晶體中的離子的基態(tài)在沒有微擾存在時，如果軌道是簡并的，則晶體將畸變至低對稱以消除簡并。鈣鈦礦錳氧化物中，由于晶體場的作用，Mn離子的3d軌道會發(fā)生晶場辟裂，3d電子退簡并，d 3z2r2,d x2y2軌道（簡稱eg軌道）能量升高，而d xy，d zx和d xy軌道（簡稱t2g 軌道）能量降低。如果將氧離子看成點電荷，嚴格的晶體場理論可以給出簡并前后的能量差大約為1eV。對于Mn4+離子，3d軌道上有3個電子，根據洪特規(guī)則，它們以平行的自旋態(tài)排列在3個t2g軌道。對于Mn3+離子，3d軌道上有4個電子，其中3個平行占據t2g軌道，第四個電子由于洪特耦合作用能大于晶場辟裂能，所以它只能占據eg軌道，這樣，根據能量最小原理，eg軌道會發(fā)生能級辟裂以降低系統(tǒng)整體的能量，發(fā)生所謂的JT畸變，MnO6八面體會發(fā)生畸變，eg軌道退簡并。如圖所示，Mn3+離子發(fā)生JT畸變，能量會降低，但是MnO6八面體的畸變又增加了晶格畸變能。當JT畸變能減小變化量等于系統(tǒng)晶格能增加量時，系統(tǒng)的能量最低，此時發(fā)生靜態(tài)JT畸變。鈣鈦礦錳氧化物中存在大的晶格畸變，這一畸變既與Mn3+的JahnTeller效應有關，也與組成晶格的原子大小失配有關。容忍因子便為衡量這一失配程度的重要參數。其定義如下t=rA+rO2(rB+rO)rA、rB、rO對應于ABO3中相應離子的半徑位離子種類不唯一的情況需用離子所占比例加權求出平均半徑。對理想的立方結構t為1，但實際上容忍因子是在1附近的。容忍因子隨A位原子和B位原子半徑的變化而變化。由于錳氧化物的磁性和輸運性質對其微觀結構非常敏感，所以容忍因子和該化合物的磁性和電性有密切的關系。4．體系電荷有序的建立電荷有序(Charge Ordering)就是在某些特定Mn離子比例的材料中，當溫度低于一定值(電荷有序溫度TCO)時，體系在實空間里形成Mn3+和Mn4+的周期性排列，此時載流子被強烈局域化。錳氧化物中的電荷有序對A位陽離子的平均半徑rA有很強的依賴關系。例如，La1xSrxMnO3系統(tǒng)擁有大的A位半徑，即使當Mn3+: Mn4+=1 : 1時，CO態(tài)也不能存在。然而，在Sm1xCaxMnO3系統(tǒng)中，x。電荷有序的物理機制目前仍存在爭議。Khomskii等和Ahn等指出，穩(wěn)定的CO態(tài)需要由電子一晶格相互作用產生的“第二近鄰”相互作用。然而，根據有些實驗表明，長程應變在許多摻雜錳氧化物特有的有序態(tài)穩(wěn)定中也起到決定性作用。在Mn位摻磁性陽離子(如Cr，Co，Ni或Ru)是融化CO相的有效方法。由于我們不知道本實驗的樣品具體的組成成分，故另一可能導致此反常的原因為當溫度升高至TCO時，電荷有序態(tài)建立，此時固體可能有類似鐵磁的性質使得樣品產生一個有序的場，然而此時電子自選仍然是無序的，所以磁化強度并沒有原來大，只保留了部分鐵磁性。參考文獻[1][中] 黃潤生，沙振舜，唐濤等，近代物理實驗（第二版），南京大學出版社，2008.[2][中] 郭煥銀，張世雄，嚴國清，CaMn1xWxO3(163。x163。)體系電荷有序的建立與消失，稀有金屬，，2006.[3][中] 談國太，陳正豪，LaMn1xTexO3+d的反常磁輸運現(xiàn)象分析，，2009.[4][中] 樸乾英，張金倉，賈蓉蓉，敬超，曹世勛，多自旋態(tài)離子Co替代誘導La2/3Ca1/3MnO3體系的輸運反常，物理學報，，2008.