杨亦云

(安康学院电子与信息工程系，陕西安康 725000)

Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的磁性及输运性质

杨亦云

(安康学院电子与信息工程系，陕西安康 725000)

通过传统的固相反应法合成了系列多晶样品，对样品进行了直流磁化强度、交流磁化率、电输运性质的测试，系统地研究了多晶样品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的磁性和电输运性质。磁性数据表明:样品在高温区出现了铁磁长程有序态。电输运性质的研究结果表明:x= 0.40时样品出现绝缘体向金属的转变。磁电阻随温度的变化曲线在169 K附近出现峰值，在5kOe外场下，达到最大值2.5%。

磁化强度;交流磁化率;输运性质;磁电阻

从1993年Helmot等［1］在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中发现了庞磁电阻效应(CMR)起，钙钛矿锰氧化物被广泛地研究［2-3］。作为与锰氧化物紧密相关的独特一族，钙钛矿钴氧化物也因此引起人们的关注［4-5］。钙钛矿钴氧化物为氧化物的基础性研究提供了独一无二的机会，主要有以下几个原因［6］:首先，在钙钛矿钴氧化物中发现了CMR效应。1995年在La1-xSrxCoO3薄膜中发现了磁电阻效应［4］;1997年在钴氧化物LBaCo2O5.4(L=Eu，Gd)［7］中发现了磁电阻效应。其次，钴氧化物除拥有电荷、自旋、轨道以及晶格自由度外，还拥有一个额外的自由度——钴离子的自旋态。在钴氧化物如LaCoO3中，钴离子处在氧8面体的晶体场中，因为钴离子与氧离子之间的库仑作用，产生晶场劈裂，d能级劈裂成t2g态和eg态。由于钴氧化物的晶场劈裂能和洪特耦合能很相近，即t2g电子和eg电子之间的能隙相当小。钴离子的基态在掺杂温度以及外界压力等的影响下，自旋态的转变很容易发生［8］。除此以外，钴氧化物引起人们的研究兴趣是因为钴氧化物的相分离现象。核磁共振、中子衍射等实验已经验证了钴氧化物的相分离行为。La1-xSrxCoO3成为研究钴氧化物内在相分离的一个模型，许多研究组都给出了La1-xSrxCoO3的相图。另外，在La1-xCaxCoO3，La1-xBaxCoO3，Nd1-xBaxCoO3，La0.8Sr0.2Co1-xMnxO［4，8-10］3中也发现了相分离行为。关于相分离行为，在具体认识上还存在差异，但钴氧化物存在自发的相分离行为，这一点已经达到了共识。在上述的这些体系中，人们对钴氧化物体系的研究已经得出了一些较好的结论。但钴氧化物的研究仍落后于锰氧化物，为了更好地理解钴氧化物体系，对钴氧化物的进一步研究是有必要的。

本文对Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)样品进行了直流磁化强度、交流磁化率、电输运性质的测试，系统地研究了Nd1-xSrxCoO3的电磁性质。

1 实验

多晶系列样品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)由标准的固态反应方法制得。首先，把高纯度的Nd2O3粉末在800℃预烧4小时。然后，把理想配比的Nd2O3，SrCO3和Co2O3粉末用酒精将其混合均匀;研磨，压片，在空气中1 000℃条件下，预烧48 h;重新研磨，压片，烧结温度依次为1 100℃和1 200℃，烧结48 h;然后随炉缓慢冷却12 h至室温，完成样品制备。XRD的测试采用英国Bede公司生产的D1型X射线衍射仪;仪器使用Cu靶Kα线。图1表明:样品呈单相，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(physics property measurement system)。

图1 多晶样品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的室温XRD谱图

2 结果与讨论

图2是Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)多晶样品的零场冷却热磁曲线(zero field ZFC)和带场冷却热磁曲线(FC)，即M(T)曲线。测试条件:温区5～300 K，直流磁场H=1 000 Oe。

图2 多晶样品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的ZFC与FC曲线，直流磁场为1 000 Oe

由图2可以看出:3个样品均表现出铁磁序特征，磁化强度［11］在居里温度TC附近迅速增加。在FC条件下，铁磁团簇的磁矩转向外磁场的方向，使得大的磁化强度在TC附近出现(其中x=0.3时样品TC=145.7 K，x=0.4时样品TC=169.2K，x=0.5时样品TC=175.5 K)。随着x的增加，Co4+的数目增多，双交换作用增强，TC升高，铁磁性逐渐增强，x=0.5时样品的磁化强度达到最大。在TC附近磁化曲线出现了铁磁序，而在低温时磁化强度表现出下降趋势。Krimmel等［12］通过中子衍射实验证明:Nd0.67Sr0.33CoO3低温时磁化强度的下降是由于亚铁磁序引起的;亚铁磁序的转变是因为钕(Nd3+)与钴(Co3+/Co4+)磁矩的反铁磁耦合引起的。由于钕与钴之间的耦合作用较弱，所以亚铁磁转变仅在低温时出现。由磁化曲线可以看出:随着x的增加，亚铁磁转变温度TFerri随之升高。可见，随掺杂量的增加，Nd3+与Co3+/Co4+之间的耦合作用增强，因此在较高的温度出现了亚铁磁序。

图3是x=0.4时样品的交流磁化率曲线χ'(T)，交流磁化率在169 K附近出现峰值。峰值温度在居里温度TC附近，且峰值不随频率发生变化，表明交流磁化率与M(T)曲线测试结果一致，样品表现出铁磁序特征。在x=0.3～0.5过程中，样品的交流磁化率的在量值上逐渐增加(其中0.3和0.5的交流磁化率文中未给出)。这也与M(T)曲线测试的结果一致，说明随x的增加，团簇的数目和尺寸增加，铁磁性增强。

图3 x=0.4时样品交流磁化率曲线

对多晶样品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)进行电输运性质测试。图4给出了样品的电输运性质的细节，即ρ-T曲线。可以看出:随着Sr含量的增加，空穴增加，样品的电阻率逐渐减少，在x= 0.5时达到最小。随着掺杂量的增加，可以观察到该样品从明显的绝缘体导电性向弱的金属导电性转变，即IM转变。x=0.3的样品在整个温区内表现为半导体的导电性质，即电阻率随温度的升高而降低;对于x=0.4的样品，在TC附近出现了IM转变;x=0.5的样品表现为金属导电性。内插图给出了x=0.4时样品的MR(T)曲线，其定义为MR=(ρ(0)-ρ(H))/ρ(0)×100%。其中:ρ(H)是外磁场为H=5 kOe时材料的电阻率;ρ(0)是外磁场为零时的电阻率。MR的峰值非常接近居里温度TC;在5 kOe外场下，达到最大值2.5%。这种行为与La1-xSrxCoO3体系相似［13］。

图4 多晶样品Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的电阻率与温度的关系曲线

3 结束语

本文详细分析了Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)多晶样品的磁性及电输运性质。直流磁性数据表明:样品在高温区出现了铁磁长程有序态;在经历顺磁到铁磁相变后，又在更低的温度TFerri下发生亚铁磁转变。交流磁化率在TC附近出现峰值，进一步确定了样品的铁磁序特征。同时，电输运性质的研究结果表明:随着掺杂量的增加，出现了绝缘体向金属导电性的转变。x=0.4时样品的ρ-T曲线在居里温度169 K附近出现了IM转变; MR曲线在169 K附近出现峰值，在5 kOe外场下达到最大值2.5%。

［1］Helmolt R V，Wecker J and Holzapfel B.Giant Negative Magnetoresistance in Perovskite La3/2Ba1/3MnO3Ferro-magnetic Films［J］.Phys.Rev.Lett，1993，71:2331 -2333.

［2］Anamitra M，William S C，Nandini T，et al.Strain controlled colossal magnetoresisit in magnganite thin films［J］.Condensed Matter，2012，129:3-5.

［3］Bindu R，Ganesh A，Kalobaran M.Signature of phase coexistence in electron doped manganite［J］.Journal of Physics:Conference Series，2011，273(1):40-43.

［4］Señarís-Rodríguez M A，Goodenough J B.Magnetic and Transport Properties of the System La1-xSrxCoO3-δ(0＜x≤0.50)［J］.J.Solid State Chem，1995，118:323-325.

［5］Paraskevopoulos M，Hemberger J，Krimmel A，et al.Magnetic Ordering and Spin-State Transition in R0.67Sr0.33CoO3［J］.Phys Rev B，2001，63:224416-1-224416 -5.

［6］Davies Joseph E，Wu J，Leighton C，et al.Magnetization Revercal and Nanoscopic Magnetic-Phase Separation in La1-xSrxCoO3［J］.Phys Rev B，2005，72:134419-1-134419-2.

［7］Martin C，Maignan A，Pelloquin D，et al.Magneto-resistance in the Oxygen Deficient LnBaCo2O5.4［J］.Appl Phys Lett，1997，71:1421-1422.

［8］Stauffer Douglas D，Leighton C.Magnetic Phase Behavior of the Ferrimagnetic Doped Cobaltite Nd1-xSrxCoO3［J］. Phys Rev B，2004，70:214414-2-214414-6.

［9］Sazonov A P，Troyanchuk I O，Sikolenko V V，et al.Crystal Structure，Magnetic and Electrical Properties of the Nd1-xBaxCoO3System［J］.J Phys Condens Matter，2005，17:4181-4195.

［10］Mandal P，Choudhury P，Biswas S.K.and Ghosh B. Transport and Magnetic Properties of La1-xBaxCoO3［J］. Phys Rev B，2004，70:104407-2-104407-3.

［11］张继军，王林军，施凌云.Cd_(0.8)Mn_(0.2)Te晶体的磁化强度和法拉第效应研究［J］.功能材料，2011，42(5):831-833.

［12］Krimmel A，Reehuis M，Paraskevopoulos M，et al.Ferrimagnetic Behavior of Nd0.67Sr0.33CoO3［J］.Phys.Rev.B，2001，64:224404-1-224404-3.

［13］Wu J，Leighton C.Glassy Ferromagnetism and Magnetic Phase Separation in La1-xSrxCoO3［J］.Phys Rev B，2003，67:174408-1-174408-10.

(责任编辑 刘舸)

Magnetic and Transport Properties in Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)

YANG Yi-yun

(Department of Electronic and Information Engineering，Ankang University，Ankang 725000，China)

The magnetic and transport properties of polycrystalline Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5) samples were systematically investigated in this paper.The samples were prepared using conventional solid state reaction method.The DC magnetization，AC susceptibility and transport of polycrystalline Nd1-xSrxCoO3were measured using the physical properties measurement system of Quantum Design. We present the magnetic and electronic capability of polycrystalline Nd1-xSrxCoO3.Magnetization studies show ferromagnetic behavior of samples at high temperature.Moreover，the metal-insulator transition is observed in this system around x=0.40.The Magnetoresistance peaks very close to TCabout 169 K，reaching a maximum value of≈2.5%.

magnetization;AC susceptibility;transport properties;magnetoresistance

O482.54

A

1674-8425(2014)06-0113-04

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2014.06.022

2014-01-18

陕西省教育厅科学研究计划项目(2013K1115)

杨亦云(1976—)，女，黑龙江双鸭山人，硕士，讲师，主要从事磁性物质的低温物性研究。

杨亦云.Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)的磁性及输运性质［J］.重庆理工大学学报:自然科学版，2014(6): 113-116.

format:YANG Yi-yun.Magnetic and Transport Properties in Nd1-xSrxCoO3(0.3≤x≤0.5)［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(6):113-116.