钙钛矿类化合物铁磁性的产生原因
Si-Fe-RE(RE=La,Ce,Pr,Nd)物相及磁性的研究进展
文章编号:2095-6835(2023)22-0008-06Si-Fe-RE(RE=La,Ce,Pr,Nd)物相及磁性的研究进展*陈媛媛1,李升2,梁柳青1,蓝金凤1,李德贵1(1.百色学院材料科学与工程学院,广西百色533000;2.桂林理工大学材料科学与工程学院,广西桂林541004)摘要:Si-Fe-RE(RE=La,Ce,Pr,Nd)体系合金导电性能好、抗腐蚀性强、热稳定性高、加工性能好,特别是其磁制冷应用具有绿色环保且节能等优点,因而受到研究者的青睐。
以具有优良磁致冷性能的Si-Fe-RE体系合金为研究对象,分别对Si-Fe-La、Si-Fe-Ce、Si-Fe-Pr、Si-Fe-Nd等体系的新型合金物相、相关合金磁性能进行了分析,并探讨了元素掺杂对Si-Fe-RE系磁性合金的影响。
关键词:Si-Fe-稀土合金;磁性材料;磁制冷;磁性能中图分类号:TG113文献标志码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2023.22.003制冷技术在人们日常生活和生产中发挥着越来越重要的作用,其发展关系到各个重要行业和领域发展,如空调、冰箱、精密电子仪器、医疗卫生事业、航空航天技术等[1]。
当前,制冷技术主要是通过气体的压缩和膨胀实现,制冷剂主要为氟利昂等会对臭氧层造成严重破坏并导致温室效应的气体。
正因为氟利昂等物质会严重影响人类的生存环境,世界各国从2010年开始便逐渐禁止氟利昂等物质投入生产和使用,并开始找寻新的制冷剂。
当前所研制的氟利昂替代品在一定程度上仍存在着不足,如生产成本高、制冷效率低、能量损耗大等。
过去的几十年里,半导体制冷、涡流制冷、磁制冷、激光制冷及化学吸附制冷等新型的制冷技术不断涌现,其中磁制冷技术具有高效、节能、无污染等优点,而促进磁制冷技术得以发展的关键是具有磁热效应的磁制冷材料。
磁制冷技术目前被研究者们视为最有可能取代传统制冷的新型制冷技术之一[2],因此对新型磁致冷材料的研究成为科技工作者、企业家关注的重点。
钙钛矿型复合氧化物
钙钛矿型复合氧化物引言钙钛矿型复合氧化物是一种具有广泛应用前景的材料,其特殊的晶体结构和优异的物理化学性质使其在能源转换、电子器件、催化剂和光电探测等领域有着重要的应用。
本文将对钙钛矿型复合氧化物的结构、合成、性质以及应用进行综述和分析。
一、钙钛矿型复合氧化物的结构钙钛矿型复合氧化物是一类具有ABO3化学式的化合物,其中A位是一价或二价金属离子,B位是三价金属离子。
在钙钛矿型结构中,A位离子和BO6八面体共同构成空间网格,BO6八面体由六个氧离子包围。
典型的钙钛矿型结构是立方晶系,但也存在着许多变种,例如斜方钙钛矿型、三斜钙钛矿型等。
钙钛矿型复合氧化物的结构可以通过X射线衍射、电子显微镜等技术进行表征。
通过这些技术,可以确定钙钛矿型复合氧化物的晶胞参数、晶格畸变和晶体缺陷等信息,进而了解其结构与性质之间的相互关系。
二、钙钛矿型复合氧化物的合成方法钙钛矿型复合氧化物的合成方法多种多样,常见的包括溶胶-凝胶法、水热法、固相反应法和物理气相沉积法等。
1.溶胶-凝胶法:该方法通过溶胶的形态转变为凝胶,然后通过热处理得到所需的复合氧化物。
溶胶-凝胶法具有反应温度低、精密控制结构和组成的优点。
2.水热法:该方法利用水的高温高压性质,在水溶液中进行合成反应。
水热法通常可以制备具有较高结晶度和较细颗粒尺寸的复合氧化物。
3.固相反应法:该方法是通过固相反应使原料中的元素发生化学反应,形成所需的复合氧化物。
固相反应法适用于高温合成,但反应条件较为严格。
4.物理气相沉积法:该方法通过在基底上沉积物理蒸发或溅射的薄膜,形成钙钛矿型复合氧化物。
物理气相沉积法适用于制备薄膜和异质结构。
三、钙钛矿型复合氧化物的性质钙钛矿型复合氧化物具有许多独特的物理和化学性质,使其在各个领域具有广泛的应用潜力。
1.光学性质:钙钛矿型复合氧化物具有优异的光学性质,例如光吸收、发光和非线性光学特性。
这些性质使其在光电器件、光催化和光学传感等领域有着重要的应用。
ABX3型钙钛矿化合物的带隙调控及磁、光性质的第一性原理研究
博 士 学 位 论 文D O C T O R A L D I S SE R T A T I O N ABX 3型钙钛矿化合物的带隙调控及磁、光性质的第一性原理研究分类号: O 469密 级: 公开 学校代码:10697 学 号:201510099学科名称:凝聚态物理作 者:黄海铭 指导老师:姜振益 教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月First Principles Study of Band Gap Regulation, Magnetic and Optical Properties of ABX3 Perovskite CompoundsA dissertation submitted toNorthwest Universityin partial fulfillment of the requirementsfor the degree of Doctor of Philosophyin PhysicsByHuang Hai-MingSupervisor: Jiang Zhen-Yi ProfessorJune 2018摘要摘要随着社会的高速发展, 人类对能源的需求也日益增长, 传统化石能源的有限性和大量消耗所引起的环境污染及气候变暖等问题, 引发了人们对可持续能源的迫切需求。
2009年,基于甲胺碘铅MAPbI3(MA=CH3NH3+)制备出的钙钛矿太阳能电池引起了研究人员对ABX3型钙钛矿材料的研究热情。
然而,甲胺碘铅中铅元素的毒性和其光响应范围不够宽是制约这类太阳能电池进一步发展的两个关键因素。
为了实现以上两个关键问题的解决。
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,在研究MAPbI3结构的基础上,通过替位掺杂来寻找无铅型钙钛矿太阳能电池材料,并同时实现对MAPbI3带隙的调控。
本文研究所获得的创造性成果主要有:第一,拉伸应变和压缩应变能够调控MAPbI3的带隙。
对MAPbI3施加拉伸应变,能够增大MAPbI3的带隙,而施加压缩应变后,MAPbI3的带隙将减小。
居里温度
居里温度测量侯建强(南京大学匡亚明学院理科强化部2010级,学号:101242015)摘要:温度是表征磁性材料性质和特征的重要参量,测量磁导率和居里温度的仪器很多,例如磁天平、振动样品磁强计、磁化强度和居里温度测试仪等,测量方法有感应法、谐振法、电桥法等。
本实验测定了钙钛矿锰氧化物样品在不同实验条件下的居里温度,最后对本实验进行了讨论。
关键词:居里温度,磁化强度1.引言磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。
在磁性材料内部,交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列:平行取向或反平行取向。
但是随着温度升高,原子热运动能量增大,逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列,当升高到一定温度时,热运动能和交换作用能量相等,原子磁矩的有序排列不复存在,强磁性消失,材料呈现顺磁性,此即居里温度。
不同材料的居里温度是不同的。
材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。
因此,深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。
2.实验目的(1)初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理;(2)学习JZB-1型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法;(3)学会测量不同铁磁样品居里点的方法。
3.实验原理磁性是物质的一种基本属性,从微观粒子到宏观物体,以至宇宙天体,无不具有某种程度的磁性,只是其强弱程度不同而已,这里说的磁性是指物质在磁场中可以受到力或力矩作用的一种物理性质。
使物质具有磁性的物理过程叫做磁化,一切可以被磁化的物质都叫做磁介质.磁介质的磁化规律可用磁感应强度{EMBED Equation.3 |B、磁化强度、磁场强度来描述,当介质为各向同性时,它们满足下列关系:(1)其中,称为相对磁导率,是个无量纲的量.为了简便,常把简称为介质磁导率,称为磁化率,称为真空磁导率,称为绝对磁导率..在真空中时,和中只需一个便可完全描述场的性质.但在介质内部,和是两个不同的量,究竟用还是用来作为描述磁场的本征量,根据磁场的性质有各种不同的表现来选择.因为和两者描述了不同情况下磁场的性质,它们都是描述磁场性质的宏观量,都是真正的物理量.在某些问题中,比如在电磁感应、霍尔效应、测量地磁水平分量等问题中,由于起作用的是磁通量的时间变化率,牵涉到的是;而如果考虑材料内部某处磁矩所受的作用时,起作用的就是,比如求退磁能及磁矩所做的功等。
铁电材料和压电材料的制备和应用
铁电材料和压电材料的制备和应用铁电材料和压电材料是一类极具应用前景的功能材料。
铁电材料可以在外加电场下呈现出独特的电极化性质,而压电材料则可以在外加压力下呈现出独特的电荷分布。
因此,这两种材料不仅在电器领域有广泛的应用,还在光电子学、医疗、生物等领域具有潜在的应用价值。
本文将从铁电材料和压电材料的制备和应用两个方面进行探讨。
一、铁电材料的制备铁电材料在电器领域中具有广泛的应用价值,如传感器、存储材料、场效应管等。
一般而言,铁电材料含有钙钛矿结构,其中钙和钛在晶体中呈现出不同的价态,因此具有极性。
为了制备具有优良铁电性能的材料,需要注意以下几点:1、选择适当的基质材料:钙钛矿结构的铁电材料需要与其他元素形成晶体结构,这个过程中可以加入稀土元素、碱金属元素、过渡金属元素等。
选择不同的元素可以对材料的铁电性能和晶体结构产生影响,因此需要结合具体应用需求选择适当的基质材料。
2、优化材料生长条件:材料生长条件对材料的晶体结构和铁电性能影响很大,因此需要进行适当的优化。
一般而言,可以通过控制生长温度、氧分压、生长速度等条件来获得具有优良铁电性能的材料。
3、表面处理:铁电材料在制备过程中容易受到表面缺陷和氧化等因素的干扰,因此需要进行表面处理。
表面处理可以包括化学处理、等离子体处理、超声波清洗等。
表面处理可以减少杂质的存在,在一定程度上提高了材料的性能。
二、铁电材料的应用铁电材料在传感器、储存器、场效应管等领域中具有广泛的应用。
这些应用可以通过对材料的电极化性质进行调控来实现。
以下是铁电材料在不同领域的应用:1、传感器:铁电材料在传感器领域中具有广泛的应用,例如,在生物传感器中,铁电材料可以通过将生物分子与其结合,实现生物检测的目的。
2、储存器:铁电材料可以用于制造非易失性随机存取存储器(NVRA),这种存储器可以在断电的情况下保存数据,具有快速读取速度和低功耗的特点。
3、场效应管:铁电材料可以用于制造场效应管,这种管可以在电场的作用下调控电流,在集成电路中具有重要的应用价值。
钙钛矿结构及相关功能材料
钙钛矿结构中基本的 (AO3)4- (111) 面的密堆层
2)结构特点:
氧八面体共顶点连接,组成三维网络,根据Pauling的配位多面体连接规则,此种结构比共棱、共面连接稳定。 共顶连接使氧八面体网络之间的空隙比共棱、共面连接时要大,允许较大尺寸离子填入,即使产生大量晶体缺陷,或者各组成离子的尺寸与几何学要求有较大出入时,仍然能够保持结构稳定;并有利于氧及缺陷的扩散迁移。
磁性金属多层膜GMR效应
图 Co/Cu多层膜的磁电阻与Cu层厚度tCu的关系曲线
Co/Cu多层膜的磁电阻与Cu层厚度tCu为0.9、1.9、3.0nm处,分别有一明显的峰值,对应反铁磁耦合,谷对应铁磁耦合。随着非磁层厚度的变化,多层膜中磁层的层间耦合在反铁磁与铁磁间振荡,磁电阻值也在极大与极小间振荡。
对于自发极化而言,从宏观统计来看,晶体中存在着各个方向的自发极化和电畴,它们相互抵消,宏观上对外不呈现极性。
外电场作用时,沿电场方向极化畴长大,逆电场方向的畴消失,其它方向分布的电畴转到电场方向,极化强度随外加电场的增加而增加,一直到整个结晶体成为一个单一的极化畴为止。如再继续增加电场只有电子与离子的极化效应,和一般电介质一样。
在机械应力的作用下介质发生极化,形成晶体表面电荷的效应称为压电效应。
01
反之,当外加电场于晶体,晶体发生形变的效应称为逆压电效应。逆压电效应也称电致伸缩效应。这样的性质称为晶体的压电性。具有压电效应的晶体称为压电体。
02
热释电效应:具有自发极化的晶体在温度发生变化,其极化状态的发生改变,使电介质对外显电性。
在La2/3Ca1/3MnO3中,低价态Ca的掺入,使得Mn采取+3和+4的混合价态,从而满足钙钛矿结构的电价要求。在Ca2CaUO6中,有1/3的Ca与U交替占据钙钛矿型晶格的B位。在Ba2Bi2O6中,有一半Bi原子为+3价,另一半为+5价。
Mn掺杂LiNbO3结构ZnTiO3的磁性和光电性质的第一性原理研究
1 计算方法
本文的计算工作主要采用基于密度泛函理论赝
势平面波 VASP 软件包完成 [13] 。 计算的平面波截断
能取为 500 eV,交换关联势选取 PBE 方法 [14] ,赝势选
取的是投影平面波( PAW) 方法。 布里渊区内的 K 点
取样为 0. 3 nm - 1 。 对于 3 d 过渡金属 Mn 元素采取了
收稿日期:2020-05-25
基金项目:国家自然科学基金(11547201) ;广东省自然科学基金(2019A1515011914)
作者简介:苏锟仁(1999—) ,男,广东省人。 E-mail:sukunren@ 163. com
通信作者:赖国霞,实验师。 E-mail:85laiguoxia@ 163. com
Zn6 Ti5 MnO18
0. 515
0. 514
1. 394
1. 385
2 结果与讨论
2. 1 掺杂稳定性的分析
Mn 替代掺杂 LN-ZnTiO3 材料中的 Zn 离子或 Ti 离子取决于材料的掺杂形成能。 采取如下的形成能公
式(1) :
E1 = E( Zn5 MnTi6 O18 ) + E( Zn) - E( Zn6 Ti6 O18 ) - E( Mn)
设置为每个电子步的能量小于 10 - 5 eV,力的收敛判据
为小于 0. 2 eV / nm。 如图 1 所示,计算的 LN-ZnTiO3
图 1 LN-ZnTiO3 的结构图
Fig. 1 Model of LN-ZnTiO3
结构共 30 个原子。
根据文献[12] 报道,Mn 掺杂 3% 、5% 、7% ( 摩尔分数) 时性质变化的趋势是相同的,为与实验相符,同
正交钙钛矿YFeO3的磁性、介电性及磁介电效应研究
摘 要 : 采用溶胶一 凝胶 法制备 了 Y F e O。陶 瓷 粉 末 并
结1 0 h , 随炉冷 却至室 温 , 得 到颗粒 细小 的粉末样 品 。
2 . 2 YF e O。 的 结构与 - 陛能分 析
利用 X 射 线 衍 射 仪 ( X R D, D / ma x 2 2 0 0 P C,
R i g a k u ) 对粉末 样 品进行物 相分 析 , 射 线 源为 C u Ka 靶
研 究 了烧 结温度 对 Y F e O 。结构 的影 响 。X R D表 明, 当
烧结 温度 达 8 5 0 ℃以上 , 可 形 成 具 有 正 交 钙 钛 矿 结 构 的
铁磁性 于一身 的单 相多铁 材料 , 但 目前 关 于 Y F e O。 在 多铁性 特别是 磁 电耦 合 性 质上 的研究 几 乎 没 有 , 需 要 进一步研 究 。另一 方 面 , 传 统 固相 反应 法 存 在 研 磨 混 合时 间长 、 合 成反 应 温度 高 、 产 物 中含 有 杂 相 产 物 、 粉 体形貌 及颗 粒大 小 难 以控 制 等 缺点 , 难 以制备 高纯 单 相Y F e O。 。 因此 本 文 采 用 溶 胶一 凝 胶 法 制 备 了单 相
的突变 , 或者产 生介 电常 数随磁 场变化 的现象 , 称 为磁
的 比例加入 柠檬 酸 , 在 磁力 搅 拌 下使 柠 檬 酸完 全 溶 解
并 与金属 离子充 分 反应 。然 后 在 1 2 0 ℃ 的干燥 箱 中烘 干, 形成 球 状 的 干凝 胶 , 置 入 马弗 炉 中 3 0 0 ℃煅 烧 3 h 形 成粉末 , 最后 在不 同的温度 ( 7 0 0 、 8 5 0和 9 5 0 ℃) 下烧
为什么铁可以被磁化
为什么铁可以被磁化任何一种元素在我们的物理世界中有特定的性质,而铁的磁性也不例外。
磁性是指物理特性,一种物质在感受到磁场时才会有磁性存在,这就是铁可以被磁化的存在。
下面列出了磁性为什么存在以及铁是如何被磁化的:1. 铁离子的自旋:铁是一种常见的半导体金属,其原子在电子的轨迹上具备自旋属性,这意味着每个原子的电子云周围有向量的微磁属性。
由于铁的电子是可活动的,这些微磁属性可以受外界磁场的影响而导致磁性的存在。
2. 铁的电子结构:铁的电子结构也可以解释为什么铁有磁性。
铁的电子结构中,有4个电子跃迁至外层能级,同时存在4个极小的磁矩,构成元素本身的磁性属性。
这样一种结构使铁拥有磁性,而外界磁场的作用仅仅是激发这种磁性,令磁性表现出来。
3. 磁场的作用:磁场是由电磁力造成的一种现象,在磁场中材料可以被磁化,铁也不例外。
当铁感受到磁场时,会有磁性存在,而磁场既可以来源于外界环境,也可以来源于本身--这就是磁材料的循环磁场。
4. 铁的晶格:由于铁的晶格结构和电子态,磁性可以存在而源自元素自身。
晶格结构是指某种物质在性质上的总体结构,它也可以响应磁场的变化,也就是晶格结构可以拮抗磁场,由于磁力线在磁场中发生转折,从而形成被磁化的铁磁性。
5.普朗克力量:普朗克力量是一种“虚拟”力量,可以调整物体的物理属性,而这种力量感受弱磁场,诱导物体产生磁性。
因此,当普朗克力量在磁场中作用于铁的原子的电子轨道时,将会使铁的磁性得到显著改变,从而使铁被磁化。
以上就是对于铁可以被磁化的原理与解释,铁是由它的物理性质决定的磁性,而磁性主要是由电子自旋、电子结构、磁场作用及普朗克力量引起的,而这些情况都可以被实验证明。
上述知识深刻地揭示了铁可以被磁化是建立在多重因素之上的一种事实,它可以被视作一种光荣的认证,因为在具有凝聚性的金属材料中,只有铁具备了被磁的性质。
钙钛矿型复杂氧化物
钙钛矿型复杂氧化物全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:钙钛矿型复杂氧化物是一类具有特殊晶体结构和优异性能的材料,在光电、电子、磁学等领域都有着广泛的应用。
钙钛矿的晶体结构是一种典型的ABX3结构,其中A位是钙离子,B位是过渡金属离子,X 位是氧离子。
这种晶体结构的稳定性和多样性使得钙钛矿型复杂氧化物具有丰富的物理和化学性质。
钙钛矿型复杂氧化物的最大特点之一是其广泛的带隙调控性能。
通过改变元素成分、晶体结构和掺杂等方式,可以调控其能隙大小,使其在可见光、红外光和紫外光等不同波段都具有优异的光学性能。
这种带隙调控性能使得钙钛矿型复杂氧化物在光电器件、光催化、光电子器件等方面都有着广泛的应用前景。
钙钛矿型复杂氧化物还具有优异的电学性能。
由于其独特的晶体结构和电子构型,这类材料在介电、铁电、铁磁等方面都表现出色。
特别是一些钙钛矿型复杂氧化物在高温超导、多铁性、自旋玻璃等领域展现出独特的电学性能,表现出很高的研究和应用价值。
钙钛矿型复杂氧化物也在催化、能源存储转换、生物医药等领域有着广泛的应用。
一些钙钛矿型复杂氧化物被用作光催化剂,能够将太阳光转化为化学能或者清洁能源;还有一些钙钛矿型复杂氧化物被用作锂离子电池、燃料电池等能源存储转换材料,具有更高的能量密度和循环稳定性;还有一些钙钛矿型复杂氧化物被应用于医学成像、药物传递等生物医药领域,具有更好的生物相容性和药物控释效果。
钙钛矿型复杂氧化物是一类具有丰富物理化学性质和广泛应用前景的材料。
随着人们对其结构与性能的深入研究,相信其在光电、电子、催化、能源存储转换、生物医药等领域将有更广泛的应用,也将推动材料科学与技术领域的发展。
第二篇示例:钙钛矿型复杂氧化物是一类具有重要应用价值的材料,其具有优异的光学、电学和磁学性质,被广泛应用于光电器件、电池、传感器等领域。
本文将从该类材料的基本性质、制备方法、应用领域以及未来发展方向等方面进行探讨。
钙钛矿型复杂氧化物通常由一种或多种金属离子与氧离子构成,其晶体结构为一种具有三维网状结构的复杂氧化物,具有较高的对称性和稳定性。
4f 钙钛矿氧化物
4f 钙钛矿氧化物
4f钙钛矿氧化物是一类具有特定晶体结构的化合物,其中的4f电子是镧系或锕系元素的一部分。
这些氧化物通常表现出独特的物理和化学性质,如高温超导、铁磁或反铁磁性、非线性光学响应等,这使得它们在许多领域具有潜在的应用价值。
4f钙钛矿氧化物的晶体结构与普通的钙钛矿结构类似,即ABO3型,其中A和B是两种不同的离子,O是氧离子。
在4f钙钛矿氧化物中,A位通常由镧系或锕系元素占据,而B 位则由过渡金属元素占据。
这种特殊的组成使得4f钙钛矿氧化物具有一系列有趣的性质。
一方面,4f电子的存在使得这些氧化物在磁学和电学方面表现出了复杂的性质。
例如,一些4f钙钛矿氧化物具有反铁磁性或铁磁性,这些性质与它们的晶体结构和电子结构密切相关。
此外,一些4f钙钛矿氧化物还是高温超导体,其超导临界温度超过了传统的铜基超导体。
另一方面,4f钙钛矿氧化物在非线性光学方面也表现出色。
它们的非线性光学响应可以在宽波长范围内实现高效的频率转换,这使得它们成为开发新型光电子器件的理想材料。
此外,一些4f钙钛矿氧化物还具有光催化性质,能够用于光催化分解水制氢等应用。
除了上述性质外,4f钙钛矿氧化物还具有其他独特的性质,如电致变色、磁电效应等。
这些性质使得它们在传感器、存储器、能源转换和存储等领域具有广泛的应用前景。
总的来说,4f钙钛矿氧化物是一类具有重要应用价值的化合物,其独特的性质和潜在的应用前景吸引了研究者们的广泛关注。
钙钛矿霍克效应
钙钛矿霍克效应
霍克效应(Hoke effect)是磁性材料在受到外磁场作用时,其内部会发生磁致伸缩的现象。
这种现象通常表现为材料沿着磁场方向产生应变。
在钙钛矿材料中,霍克效应可能与磁学性质相关。
钙钛矿的磁学性质主要取决于其晶体结构,特别是晶体结构中的离子分布和自旋结构等。
因此,在受到外磁场作用时,钙钛矿材料内部会发生磁致伸缩,产生沿着磁场方向的应变。
这种现象就是所谓的钙钛矿霍克效应。
需要注意的是,钙钛矿霍克效应的大小和方向取决于多种因素,包括钙钛矿材料的晶体结构、化学组成、磁场大小和温度等。
此外,还应注意区分其他磁学现象(如磁滞、剩磁等)与霍克效应的区别。
总之,钙钛矿霍克效应是指钙钛矿材料在受到外磁场作用时,其内部发生磁致伸缩的现象。
这种现象与钙钛矿的晶体结构和磁学性质密切相关。
钙钛矿材料的应用及其性质
钙钛矿材料的应用及其性质钙钛矿是一种重要的材料,它是一种具有优异光电性能的半导体材料,也是一种新型的光电聚合材料。
它的性质复杂且多变,具有多种应用领域。
本文将介绍钙钛矿材料的性质和应用。
一、钙钛矿材料的性质1. 光学性能钙钛矿材料表现出较高的吸收系数和较高的光电转换效率。
它能够吸收宽频段的光,这使得它在太阳能电池、显示器、光电检测和激光器等领域具有广泛的应用。
此外,钙钛矿材料的光电性质是不对称的,即对于不同方向的光线,产生的电流不同。
这种特性被用于制造显微镜透射光栅和基于钙钛矿的光电随机数发生器。
2. 磁性和电学性能钙钛矿材料表现出一定的磁性和电学性质。
它的磁性主要来自于离子束辐照、掺杂和磁场作用。
磁性可以用于磁性随机数发生器和磁性存储器的制造中;而电学性质则表现为高压下产生的类金属电性质以及电容、阻抗、磁阻等特性。
这使得它在电容器、传感器、超导材料和电子场发射器等领域有广泛的应用。
3. 热学性能钙钛矿材料具有较高的热稳定性和热导率。
它的热性质主要受到晶格结构和粒子大小的影响。
当温度变化时,钙钛矿材料的晶格变化会引起电荷运动,这也意味着它可以用于热传感器和温度控制器的制造。
二、钙钛矿材料的应用1. 太阳能电池钙钛矿材料具有高效率的光电转换性能,这使得它在太阳能电池领域有广泛的应用。
基于钙钛矿的太阳能电池可以达到22%以上的转换效率,比传统的硅太阳能电池效率高出许多。
2. 显示器钙钛矿材料的电致变色和旋光性能在显示器领域有着广泛的应用。
它的能源效率比传统显示器高出许多,且具有高清晰度、高对比度和宽视角等特点。
3. 激光器钙钛矿材料的光学性质使得它成为制造激光器的理想材料。
它的吸光能力和较强的发射特性可以制造出高功率的激光器,这使得它在医疗、通讯和测量等领域有广泛的应用。
4. 磁性存储器基于钙钛矿的磁性存储器具有较高的密度和速度,同时由于其非挥发性,它可以长时间储存数据。
这使得它在电脑硬盘、移动存储器等领域有广泛的应用。
不能被磁铁吸附的铁化合物
不能被磁铁吸附的铁化合物磁性是铁元素的重要特性之一,然而,并非所有的铁化合物都具有磁性。
有一些铁化合物在晶体结构中具有特殊的排列方式,使得其无法被磁铁吸附。
本文将就不能被磁铁吸附的铁化合物进行探讨。
我们来了解一下铁化合物的基本概念。
铁化合物是指由铁元素和其他元素形成的化合物。
常见的铁化合物有氧化铁、碳酸铁、硫化铁等。
这些化合物在自然界中广泛存在,具有多种不同的性质和用途。
然而,有一类铁化合物并不具备磁性。
这是因为磁性的产生与铁元素的电子结构有关,而这些铁化合物的电子结构与普通的铁元素有所不同。
举例来说,钙钛矿结构的铁氧化物就是一种不能被磁铁吸附的铁化合物。
钙钛矿结构的铁氧化物具有一种特殊的晶体结构,其中铁离子被氧离子包围。
这种结构使得铁离子之间的电子无法自由移动,从而破坏了磁性的产生。
因此,钙钛矿结构的铁氧化物是一种具有铁元素但不能被磁铁吸附的铁化合物。
除了钙钛矿结构的铁氧化物,还有其他一些铁化合物也不能被磁铁吸附。
例如,铁的一种氧化态为+3的化合物,如三氧化二铁(Fe2O3),也不具有磁性。
这是因为在这些化合物中,铁离子的自旋和轨道角动量相互抵消,从而使得整个化合物不具有磁性。
还有一些特殊的铁化合物,如亚铁氰化钾(K4[Fe(CN)6])也不具有磁性。
亚铁氰化钾是一种具有复杂结构的化合物,其中铁离子和氰离子形成了特殊的配位结构。
这种结构使得铁离子之间的磁偶极矩相互抵消,从而导致整个化合物不具有磁性。
总结一下,不能被磁铁吸附的铁化合物主要包括钙钛矿结构的铁氧化物、铁的氧化态为+3的化合物以及特殊的铁化合物如亚铁氰化钾等。
这些化合物的晶体结构和电子结构使得其无法产生磁性。
对于这些不能被磁铁吸附的铁化合物的研究,不仅可以深化对铁元素性质的理解,还可以为材料科学和磁性材料的应用提供新的思路。
钙钛矿的生长机理
钙钛矿的生长机理
钙钛矿是一种重要的铁电材料,它具有强电学性能、光电性能以及磁学性能等优良特性。
因此,钙钛矿已成为人们研究的热点材料之一。
本文将介绍钙钛矿的生长机理,希望可以为人们更好地理解这一材料的物理性质和应用提供一定的帮助。
首先,钙钛矿的晶体结构属于ABO3型,其中A和B是两种不同的金属离子,而O则是氧原子。
由于A离子和B离子的尺寸不同,因此必须通过晶格畸变来保持原子之间的距离相等。
而这种晶格畸变是由于氧原子周围的极性作用力所引起的。
其次,钙钛矿的生长机理与材料中的热力学变量有着密切的关系。
在高温下,由于相互作用力的作用,A离子、B离子和氧原子的扩散系数都会增加,这将促进晶体生长。
而在低温下,由于材料中的晶格畸变程度较大,因此会导致离子和氧原子之间的相互作用力增强,晶体生长速度将会减慢。
此外,钙钛矿的生长过程也受到一些外部因素的影响,如溶液浓度、反应时间和温度等。
在溶液浓度较高时,可使晶体在较短时间内快速生长,但会导致晶体表面的缺陷数量增加,降低晶体的质量。
而在反应时间过长时,会导致反应平衡达到,从而使晶体无法继续生长。
此外,温度的变化也将影响到晶体的生长速度,从而影响晶体的性质。
总之,钙钛矿的生长机理是一个复杂的过程,在研究中需要综合考虑材料中的热力学变量、外部因素以及晶体结构的影响等。
钙钛矿具有优异的物理性质和应用前景,通过对其生长机理的深入研究,可以为其性能的优化和应用的拓展提供一定的指导。
钙钛矿 原理
钙钛矿原理
钙钛矿是一种晶体结构为立方晶系的金属氧化物,化学式为ABO3。
其中A和B分别代表两种不同的金属离子,常见的组合为钙钛矿
( CaTiO3)。
钙钛矿具有许多重要的物理和化学性质,使其在许多应
用中得到广泛应用,如固体氧化物燃料电池、光电器件以及太阳能电池等。
钙钛矿的晶体结构是基于氧八面体的,其中离子A占据着氧八面体的中心位置,离子B位于氧八面体的顶点位置。
这种排列方式使得钙钛矿具有优异的光学性质和电学性质。
此外,钙钛矿还具有良好的热稳定性和耐化学性,这使得它成为许多高温应用的理想材料。
钙钛矿的性质和应用与其晶体结构密切相关。
通过对钙钛矿晶体结构的研究,可以探索和优化其性质和应用。
例如,在太阳能电池中,使用钙钛矿作为光敏层的原理就是利用其带隙结构来吸收光线并产
生电子-空穴对,从而转化为电能。
在固体氧化物燃料电池中,钙钛
矿被用作电解质的原理是利用其高离子导电性质,在高温下将氢气和氧气分解为水蒸气和电子,产生电能。
总之,钙钛矿是一种重要的材料,其性质和应用与其晶体结构密不可分。
通过对其晶体结构的研究,可以深入了解其性质和应用,并进一步开发更多的应用。
- 1 -。
钙钛矿的晶体结构
钙钛矿的晶体结构钙钛矿是一种重要的无机化合物,其晶体结构具有特殊的性质和应用潜力。
本文将详细介绍钙钛矿的晶体结构,并探讨其物理和化学特性。
晶体结构概述钙钛矿是一类具有ABX3化学式的化合物,其中A和B是金属离子,X是阴离子。
典型的钙钛矿晶体结构由氧化物离子组成的立方晶格中,A位于晶格的正中心,B 位于晶格的顶点位置,X位于晶格的面心位置。
A位和B位的离子通常是正离子,它们的尺寸和电荷应当满足特定的条件,以保持整个晶体结构的稳定性。
X位的离子通常是负离子,如氧、氯等。
这种晶体结构的排列方式使得钙钛矿具有一定的稳定性和功能性。
钙钛矿的晶体结构特点钙钛矿的晶体结构具有以下几个重要特点:1. 高度对称性钙钛矿的晶体结构属于立方结构,具有高度的对称性。
其空间群一般为立方晶系或斜方晶系,如在立方晶系下的空间群有Pm-3m、Fm-3m等。
这种高度的对称性使得钙钛矿晶体具有一些特殊的物理和化学性质。
2. 离子间较短的键长由于钙钛矿晶体结构中A、B两种离子的尺寸适配和排列方式的密集性,导致A和B之间的键长相对较短。
这种较短的键长有助于增强钙钛矿的化学稳定性和电子传导性能。
3. 多样的金属氧配位数钙钛矿晶体结构中的B位金属离子通常具有多样的氧配位数。
这种多样性使得钙钛矿能够容纳多种离子,从而扩展了其应用领域。
4. 可控的晶体结构调控由于钙钛矿晶体结构的特殊性,我们能够通过不同的合成方法和控制条件来调控其晶体结构。
这种可控性为钙钛矿的制备和应用提供了更多可能性。
钙钛矿的物理和化学特性钙钛矿的晶体结构赋予其一些特殊的物理和化学特性,对于材料科学和能源领域有着重要的应用价值。
1. 铁电性和铁磁性钙钛矿中的部分化合物具有铁电性和铁磁性。
铁电性是指材料在外加电场作用下产生的电偶极矩,而铁磁性是指材料在外加磁场作用下表现出的磁性。
这些性质使得钙钛矿在信息存储和传感器等领域具有广泛的应用。
2. 光电性和光催化性钙钛矿中的部分化合物具有良好的光电性和光催化性能。
锌锰铁氧体
锌锰铁氧体一、锌锰铁氧体的基本概念锌锰铁氧体是指钙钛矿结构的多元锰铁氧化物,通常由Fe2O3、MnO、ZnO等化合物组成。
它具有良好的铁磁性和介电性能,是一种重要的功能材料。
锌锰铁氧体具有磁滞回线小、介电损耗低、磁滞损耗小、饱和磁感应强等优点,因此被广泛应用于电子产品、电磁波吸收器、传感器和磁存储器等领域。
二、锌锰铁氧体的特殊性质1. 磁性能:锌锰铁氧体具有良好的铁磁性能,具有很高的矫顽力和饱和磁感应强度。
它在外加磁场下有很强的磁化能力,可以被用来制造电磁铁、电子元件和传感器等产品。
2. 介电性能:锌锰铁氧体还具有良好的介电性能,具有较高的介电常数和介电损耗角正切值。
它可以用来制造微波滤波器、谐振器和隔离器等产品,具有广泛的应用前景。
3. 抗磁场干扰性:锌锰铁氧体具有很强的抗磁场干扰性能,可以有效地吸收外界的磁场干扰,保护电子设备的正常工作。
因此,它被广泛应用于电子产品和通信设备中。
4. 热稳定性:锌锰铁氧体具有良好的热稳定性,可以在较高的温度下保持稳定的性能。
这使得它在高温环境下的应用得到了广泛的发展,比如在汽车发动机和工业生产中。
5. 生物相容性:锌锰铁氧体对人体没有毒副作用,具有很好的生物相容性。
这使得它可以用来制造医疗器械和医疗技术产品,为人类健康事业做出贡献。
以上是锌锰铁氧体的特殊性质,它们使得这种材料在各个领域都有着广泛的应用前景,对人类社会的发展起着重要的作用。
三、锌锰铁氧体的应用领域1. 电子产品:锌锰铁氧体被广泛应用于各种电子产品中,比如变压器、电感器、滤波器和传感器等。
由于其良好的磁性和介电性能,可以有效地提高电子产品的性能和稳定性。
2. 电磁波吸收器:锌锰铁氧体具有很好的电磁波吸收性能,可以有效地吸收外界的电磁波干扰,保护电子设备的正常工作。
因此被广泛应用于通信设备和雷达系统等领域。
3. 医疗器械:锌锰铁氧体对人体无毒副作用,具有很好的生物相容性,可以用来制造医疗器械和医疗技术产品。
铁磁性材料的磁性激发机制
铁磁性材料的磁性激发机制铁磁性材料是一类具有高度自旋极化和长程自旋有序的材料,其磁性激发机制是研究磁性材料的基础和关键。
这篇文章将讨论铁磁性材料的磁性激发机制,重点介绍自旋波、畸变和蠕变等机制的原理和应用。
磁性激发机制主要包括自发磁矩、自旋波、畸变和蠕变等机制。
其中,自旋波是最为普遍的一种机制,其是一种量子激发,常常在铁磁性材料中出现。
自旋波通常被视为反对称场和交换相互作用之间相互竞争的结果。
如图1所示,自旋波的产生可以类比于我们普遍熟知的水波。
在铁磁性材料中,自旋符号是沿各个维度的矢量。
当磁场作用于铁磁性材料时,自旋矢量将沿磁场方向运动,产生自旋波。
自旋波的产生和传播需要满足一定的条件。
首先,理论预测,相邻自旋之间的交换作用必须是反平行的才能引起磁性激发。
其次,磁场的方向也必须有所考虑。
当磁场沿着交换场的方向时,自旋波将沿垂直于该方向的轴方向传播。
此外,自旋波的传播速度也依赖于磁场和交换相互作用的强度。
除了自旋波,铁磁性材料中还存在其他重要的磁性激发机制,例如畸变和蠕变。
图2示意了畸变和自旋波的区别。
与自旋波不同,畸变是一个空间异性的激发,其主要来源于局部非中心对称性或价键异性。
蠕变是一种相变,通常涉及体积分数和温度的变化。
例如,在随温度升高的Ferromagnet中,磁场将由相变的无序相渐进地过渡到有序相。
这种相变的原因主要是磁性激发和晶格振动之间的相互作用。
理论和实验表明,这些磁性激发机制相互作用并相互重叠,因此单一机制无法描述铁磁性材料的全部磁性特点。
例如,即使相对比较简单的铁磁性材料也采用了多种磁性激发机制,因此仅研究单一机制不能全面理解铁磁性材料的磁性。
总之,磁性激发机制是研究铁磁性材料的一个重要方面,其被广泛用于铁磁性材料的纯理论及应用研究中。
除了自旋波、畸变和蠕变外,还有许多其他机制,例如无序系统、Spin glass和偏斜镜等。
将这些机制研究深入,将为我们更好地理解和掌握铁磁性材料的特性提供指导。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
403
G(h)
J.
G.
2~h. r)dh G(h) exp( —
S(r)
1
(2)
(3}
s{h)
n
mh exp( — /0. )
(4)
1/r'
2
F{r}
F{r)
G(h)Βιβλιοθήκη ma'r') exp( — — — ]/n-r' exp( ver') 1— m(r}
(5)
(6)
{2/h) y(~&h/p}
1
— a(h)
II. Ferromagnetic
Comyountls
of Manganese with Perovskite Structure
CI.ARzwcz ZzNzR Institute for the Study of Metals, University of Chicago, Chicago, Illinois (Received January 5, 1951)
exp(
P)dt—
(7) (8)
F(r} exp{2~i h r}dr
x d( ) 2w=&f
1'
Il Y S I (.'. A L R l:. V
1
E KV
VOLUME
82, NUM HER
3
MAY
1, 1951
Interaction between the d-Shells in the Transition Metals.
FERROMAGN ETIC COM POUN DS OF MAN GAN ESE
versations and Professors H. A. Bethe and Kirkwood for several helpful discussions.
APPENDIX.
TABLE OF FOUMER TRANSFORMS IN THREEDIMENSIONAL SPACE
Recently, Jonker and Van Santen have found an empirical correlation between electrical conduction and ferromagnetism in certain compounds of manganese with perovskite structure. This observed correlation is herein interpreted in terms of those principles governing the interaction of the d-shells of the transition metals which were enunciated in the Grst paper of this series. Both electrical conduction and ferromagnetic coupling in these compounds are found to arise from a double exchange process, and a quantitative relation is developed between electrical conductivity and the ferromagnetic Curie temperature.
' C. Zener, Phys. Rev. 81, 440 (1951).
'N a recent paper, ' the author has interpreted ferro-
MnF12 is nonconducting and antiferromagnetic. An even more striking correlation between conductivity and ferromagnetism may be found in the recent work of Joniter and Van Santen~' on compounds of manganese with a perovskite structure. It is the purpose of the present paper to discuss this correlation. After a brief review of the experimental data (Sec. II), a theory (Sec. III) is developed. of the conductivity and ferromagnetism of these compounds. Here conductivity and ferromagnetism are found to be so closely connected that a relation $Eq. (9) is established between the electrical conductivity, 0., and the Curie temperature,
404
CLA. REN CE ZEN ER
each Mn ion have a charge of 3+. The semiconductivity at elevated temperatures then occurs by the thermal ionization of some of the Mn'+ ions. When some of the La'+ ions are replaced by, say, Ca'+ ions, it is necessary that a corresponding number of Mn'+ ions be replaced by Mn'+ ions. As suggested by Jonker and Van Santen, it is the migration of these Mn4+ ions, accomplished by a Mn'+ ion capturing an electron from a neighboring Mn'+ ion, that gives rise to electrical conductivity. The precise mechanism whereby such an electron transfer takes place is not trivial, however, since the Mn'+ ions are sufIiciently far apart as to have no appreciable overlapping. A detailed examination of this mechanism is of value, since we thereby obtain a clue to the relation between electrical .conductivity and ferromagnetism. We first investigate the simpler problem of the transfer of an electron from a Na atom through a closed shell, e.g. , through Cl, to an adjacent Na+ ion. The two Na nuclei will be considered sufIiciently far apart so that this transfer would not have occurred at an CI ion. appreciable rate without an intervening Towards this end we denote, by P& and $2, the wave functions representing the configuration of the system before and after the electron transfer as follows:
L INTRODUCTION
' - magnetism as arising from the indirect coupling of incomplete d-shells via the conducting electrons. According to the viewpoint therein adopted, all unpaired electrons within each atom or ion strive to attain the con6guration of lowest energy, in which, according to Hund's rule, an spins are parallel to one another. Since the conduction electrons carry along their own spins unchanged as they wander from atom to atom, they are able to move within an environment of parallel spins only if the spins of all the incomplete d-shells are pointing in the same direction. This indirect coupling via the conduction electrons will therefore lower the energy of the system when the spins of the d-shells are all parallel. In that paper it was further assumed that the direct coupling between incomplete d-shells always tends to align their spins in an antiparallel manner. It was thereby predicted that ferromagnetism would never occur in the absence of conduction electrons or of some other indirect coupling. As an example of the dependence of ferromagnetism on conduction electrons, the author mentioned the diGerence in the behavior of manganese atoms in the Heusler alloys and in MnF12. In both substances the Mn atoms are at least 40 percent further apart than in metallic manganese. The Heusler alloys are both conducting and ferromagnetic, while