掺杂钴氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的磁性偏置现象研究

杨亦云

(安康学院 电子与信息工程学院， 陕西 安康 725000)

掺杂钴氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的磁性偏置现象研究

杨亦云

(安康学院 电子与信息工程学院， 陕西 安康 725000)

分析了钙钛矿钴氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3样品的磁性偏置现象。采用标准的固相法制成了多晶样品。在加场降温的情况下，对Nd0.85Sr0.15CoO3进行了M-H曲线的测试，发现样品存在偏置现象，而且研究发现，Nd0.85Sr0.15CoO3样品的偏置现象随着外磁场温度升高而减小。结果表明：在Nd0.85Sr0.15CoO3样品中，由于铁磁团簇和自旋玻璃层之间存在着界面耦合作用，从而导致了偏置现象的出现。

掺杂钴化物；自旋玻璃；偏置现象

具有铁磁和反铁磁分界面的材料，当样品从奈尔温度以上带场冷却、在奈尔温度以下测量磁滞回线时出现偏置现象。偏置现象是由反铁磁区域-铁磁区域交界处的耦合作用导致的各向异性所引起的。20世纪50年代，Meiklejion等在研究被CoO包裹的Co颗粒时，观察到了体系的偏置现象。后来，人们又在许多体系的分界面中观察到偏置现象[1-3]。在单晶样品、多晶样品以及薄膜样品中都发现了偏置现象[4-7]，表明交换偏置是这些体系的内在特征，而与制备的方法无关。近年来，在自旋玻璃相分离体系中也发现了类似的偏置现象。一般研究认为是铁磁和自旋玻璃(FM/SG)交界处的耦合作用导致偏置现象的出现[8-12]。

本文研究了掺杂钴氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的偏置现象。研究发现：Nd0.85Sr0.15CoO3的偏置现象会随着外磁场温度变化而发生变化。

1 实验

采用标准的固相法制备了Nd0.85Sr0.15CoO3陶瓷样品。在800 ℃，将纯度很高的Nd2O3原料进行预烧。然后把理想配比的Nd2O3、SrCO3和Co2O3粉末均匀混合在一起，经研磨之后压成片，在1 000 ℃烧结24 h。再次研磨，压成片，预烧温度分别是1 100,1 200 ℃，预烧时间是48 h。最后慢慢降低温度，经过12 h到达室温，则样品制备完成。晶体结构的XRD室温谱图测量采用Bede公司生产的D1型X光衍射仪。仪器使用Cu靶Kα线。室温XRD谱图(见图1)表明：样品是单相，具有正交钙钛矿结构。磁性测试采用的是物理性质测试系统。

图1 Nd0.85Sr0.15CoO3样品的室温XRD谱图Fig.1 The room temperature X-ray diffraction pattern of Nd0.85Sr0.15CoO3

2 结果与讨论

在加场降温的情况下，对Nd0.85Sr0.15CoO3样品分别在10，25，40 K进行了M-H曲线的测量，分析体系产生交换偏置现象的内在原因。测量时，从300 K降到测试温度，测量场为5 kOe。

图2是样品在10 K时的M-H曲线。由图可以发现，样品在10 K时发生了非常明显的偏置现象，其中：HE=292 Oe，ME=2.365 emu/g。ME为M-H曲线中心沿垂直方向的移动，HE为M-H曲线中心沿水平的方向移动。ME=(Mup+Mdown)/2，Mup和Mdown是磁滞回线与M轴的交点；HE=-(Hright+Hleft)/2，Hright和Hleft是磁滞回线H轴的交点。图3是Nd0.85Sr0.15CoO3样品在25 K时的M-H曲线，右下方内插图为磁滞回线曲线的中心的放大图。由图3可以发现，同样出现了偏置现象。其中：HE=283 Oe，ME=0.52 emu/g。从10 K和25 K测试结果的对比可以发现：样品的偏置现象随测试温度的升高而逐渐地减小。

图2 Nd0.85Sr0.15CoO3样品在10 K条件下的M-H曲线，Hcool=5 kOeFig.2 Hysteresis loop for Nd0.85Sr0.15CoO3measured at 10 K in Hcool=5 kOe.

图4为Nd0.85Sr0.15CoO3在40 K时的M-H曲线。当测试温度达到40 K、在其冻结温度以上(其冻结温度为35.15 K[13])时，样品的HE和ME均为0。从图2～4的结果对比可以发现：偏置现象随测试温度升高而减小，当温度达到冻结温度以上时，交换偏置现象消失。由图4中磁滞回线中心的放大图可以明显发现40 K时偏置现象消失。在冻结温度附近，偏置现象会消失，这在有铁磁和自旋玻璃分界面的体系中是非常典型的[7,9,11]。

图3 Nd0.85Sr0.15CoO3样品在25 K时的M-H曲线(右下方插图为M-H曲线的中心的放大图)Fig.3 Hysteresis loop for Nd0.85Sr0.15CoO3 measured at 25 K.Inset:enlarged view of the central ragion of the loops

图4 Nd0.85Sr0.15CoO3样品在40 K时的M-H曲线放大图(右下方插图为M-H曲线)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样品的冻结温度以下(TSG=35.15 K)带场测试磁滞回线，ME出现，即M-H曲线出现磁矩方向的偏移。这是因为铁磁和自旋玻璃界面处容易受各种能量相互影响。在外磁场中，材料的磁性质主要受以下4种不同能量的影响：铁磁团簇的各向异性能EF以及塞曼能EZ，铁磁和自旋玻璃界面的交换能Eint以及自旋玻璃的层各异性能ES[2-3,9]。引入塞曼能的有效值EZeff=|EZ|-|EF|。当EZeff

另一方面，样品在带场冷却条件下经过TC时，铁磁区域的自旋与外场的取向一致，而自旋玻璃仍旧保持磁矩的无序状态。测试温度达到自旋玻璃冻结温度TSG以下时，由于铁磁团簇和自旋玻璃交界处的耦合作用，SG表面处的磁矩不会被冻结在外磁场方向。而且由于耦合作用，实际上与铁磁团簇交界处的自旋玻璃的磁矩沿特定的方向有序排列。当外磁场转向时，铁磁区的磁矩随之转动，而自旋玻璃区域的磁矩仍然保持原来的方向，并且由于耦合作用，界面层的自旋玻璃磁矩对铁磁磁矩施加了扭矩的作用，使铁磁团簇自旋仍旧保持着原有的方向。正是因为磁矩作用的存在，使改变铁磁层的外磁场比较大。当外磁场再次反向时，由于微观扭矩的作用，铁磁磁矩在小的磁场下就发生转动，因此HE出现，即偏置现象出现。

3 结束语

本文研究了掺杂钴氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的偏置现象。通过对Nd0.85Sr0.15CoO3偏置现象的研究可以发现：偏置现象随测试温度升高而减小。研究表明：在Nd0.85Sr0.15CoO3体系中自旋玻璃位于铁磁区域和非磁区域之间，形成了一个界面层，由于铁磁团簇和自旋玻璃层之间存在着交换耦合作用，引起了界面处的单向各向异性，从而导致了偏置现象的出现。

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(责任编辑 杨文青)

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 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61152003)；陕西省教育厅科学研究计划项目(16JK1015)；安康学院项目 (2015AYPYZR05)

杨亦云(1976—), 女,硕士，主要从事磁性物质的低温物性研究，E-mail：yangyiyun2005@qq.com。

杨亦云.掺杂钴氧化物Nd0.85Sr0.15CoO3的磁性偏置现象研究[J].重庆理工大学学报(自然科学)，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