APP  >> Vol. 9 No. 11 (November 2019)

    Mn3Cu0.5Zn0.5N压力下的磁改变研究
    The Study of Magnetic Transition in Mn3Cu0.5Zn0.5N under Pressures

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作者:  

胡靖宇,李建功,陈洪涛:黄淮学院,机械与动力工程学院,河南 驻马店

关键词:
反钙钛矿构造磁改变压力Antiperovskite Structure Magnetic Transition High Pressure

摘要:

我们经过过程固态反响法制备了多晶Mn3Cu0.5Zn0.5N样品。交换磁化率丈量注解其在158 K邻近产生了磁改变。通度日塞圆筒式大年夜体积存机施加压力,我们丈量了最高2.4 GPa下的交换磁化率和电阻随温度的变更情况。研究发明随着压力的增大年夜,磁改变温度持续增长,压力有助于稳定Mn3Cu0.5Zn0.5N样品的磁有序态。

Polycrystalline samples Mn3Cu0.5Zn0.5N were prepared by solid-state reaction. AC susceptibility and electronic transport properties of Mn3Cu0.5Zn0.5N were measured under pressure up to 2.4 GPa. AC susceptibility measurements show that the magnetic transition took place in the vicinity of 158 K. With the enlargement of the pressure, the magnetic transition temperature continues to increase, indicating that the pressure helps to stabilize the magnetically ordered state in Mn3Cu0.5Zn0.5N.

1. 引言

反钙钛矿构造锰化物是指一类分子式可以写为Mn3AN的化合物。个中A = Zn,Ga,Ge,Sn,Cu等。Mn3AN为简单立方构造,空间群是Pm3m。与钙钛矿ABO3构造相反 [1],此类化合物中Mn原子位于立方体的面心肠位,非金属元素N居于体心肠位,是以被称为反钙钛矿构造,又称金属钙钛矿构造。由于反钙钛矿构造锰化物中具有磁性原子Mn,并且六个面心肠位的Mn原子构成了独特的NMn6八面体,因此这类化合物可以表示出很多磁性的变更。

Mn3CuN和Mn3ZnN都属于反钙钛矿型金属锰化物。它们表示出了很多独特的物性。研究人员发明Mn3CuN具有近零电阻温度系数效应 [2] 和磁致伸缩效应 [3]。Mn3CuN在高温时为顺磁态,高温时改变成铁磁态,改变温度在143 K邻近,在居里温度以上时电阻简直不随温度而变更。Mn3ZnN则被发清楚明了负热收缩效应 [4] [5],其晶格参数在降温过程当中有忽然收缩的景象。假设以△a/a来表征收缩量的话,比拟于Mn3GaN的0.38%和Mn3Cu0.85Ge0.15N的0.33% [6],Mn3ZnN的负热收缩率乃至可以达到0.51%,并且有时还会招致微裂纹的产生。Qu等人 [7] 经过过程第一性道理计算的办法研究了Mn3ZnN中的负热收缩景象,认为Mn3ZnN高温时的Γ5g磁构造是形成负热收缩的根来源基本因,并商量了磁改变温度邻近晶格突变的驱动力。

压力可以紧缩物质,减少原子之间的间距,使相邻电子的轨道堆叠增长,改变其物理、化学性质。我们采取固态反响法制备了多晶Mn3Cu0.5Zn0.5N样品,并研究了其在压力下的磁改变和电输运性质,欲望能对反钙钛矿构造锰化物独特物性眼前的物理机理的研究供给参考。

2. 实验办法

多晶Mn3Cu0.5 Zn0.5N样品以Mn2N、Zn粉和Cu粉为原料,采取固态反响法烧结而成 [8] [9] [10]。样品构造由Rigaku D/MAX-UltimaIV型XRD衍射仪肯定(CuKα, λ = 0.15405 nm)。我们采取电磁感应办法停止磁丈量。起首绕制两组密排线圈:鼓励线圈和次级感应线圈。次级感应线圈是由两组匝数雷同、反向环绕纠缠的线圈构成(同一根线绕成)。然后在次级感应线圈之上覆盖数层鼓励线圈,鼓励线圈为同向环绕纠缠。样品放在次级感应线圈的一侧空腔中。鼓励线圈由锁相缩小年夜器供给交变旌旗灯号,产生交变磁场。在交变磁场感化下,当放置的样品从顺磁态转为磁有序态时,将惹起次级线圈中的感生电流的变更,这个变更能由锁相缩小年夜器测出。终究由计算机和软件记录丈量数据。我们将绕制的线圈与easyLab的Pcell 30型活塞–圆筒式大年夜体积存机结合起来,便可取得高压下原位丈量的交换磁化率数据。电阻的丈量采取四引线法,压力异样由活塞-圆筒式大年夜体积存机供给,最大年夜压力可达2.4 GPa。

3. 成果与评论辩论

图1给出了Mn3Cu0.5 Zn0.5N样品的室温XRD衍射图谱。从图中可以看出,与M3CuN类似,样品出现典范的反钙钛矿构造 [11]。照应的衍射峰可以用反钙钛矿立方构造(空间群Pm3m)停止标定。除原材料本身所带的微量MnO的衍射峰外(在图中以·停止标注),找不到其他任何相的存在。

Figure 1. XRD patterns of Mn3Cu0.5Zn0.5N

图1. Mn3Cu0.5Zn0.5N的XRD衍射谱

Figure 2. AC susceptibility of Mn3Cu0.5Zn0.5N under different pressures

图2. Mn3Cu0.5Zn0.5N在不合压力下的交换磁化率,插图为140 K~180 K区间的部分缩小年夜图

图2给出了不合压力下,Mn3Cu0.5 Zn0.5N样品的交换磁化率变更情况。可以看出,常压下Mn3Cu0.5Zn0.5N在158 K邻近产生了磁改变(改变温度由改变点邻近两条曲线的切线交点肯定)。这个改变温度正好介于Mn3CuN的TC和Mn3ZnN的TN之间。根据磁化率曲线和之前的报导 [12] [13] [14],我们认为这个改变是类似于Mn3CuN的高温柔磁态向高温铁磁态的改变。随着压力的增长,改变点温度逐步向高温偏向移动。1.5 GPa以上曲线外形的变更能够是由于压力招致的旌旗灯号衰减而至。

图3给出了改变点温度TC随压力的变更情况。随着压力的增长,Mn3Zn0.5Cu0.5N的改变温度TC逐步向高温偏向移动,近似呈线性增长,速度为7.1 K/GPa。这解释铁磁态的温度区间随压力的增长而增大年夜,也等于压力有助于稳定铁磁态。

Figure 3. The temperature of magnetic transition under different pressures

图3. Mn3Cu0.5Zn0.5N的磁改变点温度TC随压力的变更

我们丈量了Mn3Cu0.5Zn0.5N在不合压力下的电输运曲线,如图4所示。可以看出,Mn3Cu0.5Zn 0.5N的电阻随着温度的降低而降低。与Mn3ZnN不合,在一切曲线上,磁改变温度邻近Mn3Zn0.5Cu0.5N的电阻都没有产生明显的变更,不合压力下各曲线的外形也基本相同。只是随着压力的增长,Mn3Zn0.5Cu0.5N的电阻全体降低了。但我们曾经从不合压力下交换磁化率的丈量中发明Mn3Zn0.5Cu0.5N在158 K邻近确切产生了磁有序的改变,这类景象主如果由不合参数反应同一物性时的差别形成的。

Figure 4. The temperature-dependent resistance curves of Mn3Cu0.5Zn0.5N measured at different pressures

图4. Mn3Cu0.5Zn0.5N在不合压力下的电输运性质

4. 结论

我们应用固态反响法制备了Mn3Cu0.5Zn0.5N,XRD注解其具有典范的反钙钛矿构造。经过过程丈量交换磁化率,我们发明在158 K邻近产生了磁改变。随着压力的增长,改变点温度逐步向高温区移动,解释压力有助于稳定铁磁态。随后的电输运丈量并没有发明类似Mn3ZnN的电阻在磁改变点温度邻近的急剧变更情况。随着压力的增长,样品的电阻全体减小。

基金项目

河南省天然迷信基金项目(No. 162300410194),河南省高等黉舍重点科研项目(No. 15A140009)。

NOTES

*通信作者。

文章援用:
胡靖宇, 李建功, 陈洪涛. Mn3Cu0.5Zn0.5N压力下的磁改变研究[J]. 应用物理, 2019, 9(11): 424-428. https://doi.org/10.12677/APP.2019.911052

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