居里溫度測(cè)定.docx

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1、鈣鈦礦錳氧化物居里溫度的測(cè)定摘要：居里溫度是指材料可以在鐵磁體（亞鐵磁體）和順磁體之間改變的溫度，即鐵電體從鐵磁性（亞鐵磁性）轉(zhuǎn)變成順磁性的相變溫度。不同材料的居里溫度時(shí)不同的。本次實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定弱交變磁場(chǎng)下磁化強(qiáng)度隨溫度變化來(lái)測(cè)定樣品的居里溫度。本文闡述了居里溫度的物理意義及測(cè)量方法，測(cè)定了鈣鈦礦錳氧化物樣品在實(shí)驗(yàn)條件下的居里溫度，最后對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了討論關(guān)鍵詞：居里溫度、鈣鈦礦錳氧化物、磁化強(qiáng)度M-T曲線。一、引言磁性材料的自發(fā)磁化來(lái)自磁性電子間的交換作用。在磁性材料內(nèi)部，交換作用總是力圖使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是隨著溫度升

2、高，原子熱運(yùn)動(dòng)能量增大，逐步破壞磁性材料內(nèi)部的原子磁矩的有序排列，當(dāng)升高到一定溫度時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)能和交換作用能量相等，原子磁矩的有序排列不復(fù)存在，強(qiáng)磁性消失，材料呈現(xiàn)順磁性，此即居里溫度。不同材料的居里溫度是不同的。材料居里溫度的高低反映了材料內(nèi)部磁性原子之間的直接交換作用、超交換作用、雙交換作用。因此，深入研究和測(cè)定材料的居里溫度有著重要意義。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解磁性材料居里溫度的物理意義。2．測(cè)定鈣鈦氧錳氧化物樣品的居里溫度。三、實(shí)驗(yàn)原理1.居里點(diǎn)物體在外磁場(chǎng)下產(chǎn)生不同的磁矩，M=(1+χm)。根據(jù)其性質(zhì)不同可分為抗磁性（χm<0），順磁性（χm>

3、0），鐵磁性（χm～10-106，自發(fā)磁化）等。此外還有反鐵磁性和亞鐵磁性等其他性質(zhì)復(fù)雜的磁性物質(zhì)。其中鐵磁性物質(zhì)的磁特性會(huì)隨溫度的變化而改變。當(dāng)溫度上升到某一溫度時(shí)，鐵磁性材料會(huì)由鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)，這個(gè)溫度稱之為居里溫度，以Tc表示，并且之后χm-T關(guān)系服從居里外斯定律，即χm=C/(T-Tc)，其中C是居里常數(shù)。2.居里溫度的測(cè)量方法通過(guò)測(cè)定材料的飽和磁化強(qiáng)度和溫度依賴性得到Ms—T曲線，從而得打Ms降為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的居里溫度。這種方法適用于那些可以用來(lái)在變溫條件下直接測(cè)量樣品飽和磁化強(qiáng)度的裝置，例如磁天平、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)以及SQUID等。

4、圖1示出了純Ni的飽和磁化強(qiáng)度的度依賴性。由圖(1)可以確定Ni的居里溫度。圖(1)，Ni的Ms—T曲線四、鈣鈦礦錳氧化物鈣鈦礦錳氧化物指的是成分為R1-xAxMnO3(R是二價(jià)稀土金屬離子，A為一價(jià)堿土金屬離子)的一大類具有ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物。理想的型ABO3(A為稀土或堿土金屬離子，B為Mn離子)鈣鈦礦具有空間群為立方結(jié)構(gòu)，如以稀土離子A作為立方晶格的頂點(diǎn)，則Mn離子和O離子分別處在體心和面心的位置，同時(shí)，Mn離子又位于六個(gè)氧離子組成的MnO6八面體的重心，如圖(2)(a)所示。圖(3)(b)則是以Mn離子為立方晶格頂點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖。一

5、般,把稀土離子和堿土金屬離子占據(jù)的晶位稱為A位，而Mn離子占據(jù)的晶位稱為B位。圖(2)ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)這些鈣鈦礦錳氧化物的母本氧化物是LaMnO3，Mn離子為正二價(jià)，這是一種顯示反鐵磁性的絕緣體，呈理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。早在20世紀(jì)50—60年代，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果用二價(jià)堿土金屬離子(Sr、Ca、Pb等)部分取代三價(jià)稀土離子，Mn離子將處于/混合價(jià)狀態(tài)，于是，通過(guò)和離子之間的雙交換作用，在一定溫度(Tp)以下、將同時(shí)出現(xiàn)絕緣體—金屬轉(zhuǎn)變和順磁性—鐵磁性轉(zhuǎn)變。隨著含Sr量的增加，錳氧化物的R—T曲線形狀發(fā)生明顯變化。五、實(shí)驗(yàn)儀器描述圖3示出了樣品和測(cè)試

6、線圈支架示意圖。測(cè)試線圈由匝數(shù)和形狀相同的探測(cè)線圈組A和補(bǔ)償線圈組B組成。樣品和熱電偶置于其中一個(gè)石英管A中，另一個(gè)線圈組是作為補(bǔ)償線圈引入的，以消除變溫過(guò)程中因線圈阻抗發(fā)生的變化而造成測(cè)試誤差。由于兩個(gè)線圈組的次級(jí)是反串聯(lián)相接的，因此其感生電動(dòng)勢(shì)是相互抵消的。在溫度低于Tc時(shí)，位于探測(cè)線圈A中的鈣鈦礦樣品呈鐵磁性，而補(bǔ)償線圈B中無(wú)樣品，反串聯(lián)的次級(jí)線圈感應(yīng)輸出信號(hào)強(qiáng)度正比于鐵磁樣品的磁化強(qiáng)度；當(dāng)溫度升到Tc以上時(shí)，探測(cè)線圈A中的鈣鈦礦樣品呈順磁性，和補(bǔ)償線圈中空氣的磁性相差無(wú)幾，反串聯(lián)的次級(jí)線圈感應(yīng)輸出信號(hào)強(qiáng)度幾乎變?yōu)榱?。因此，在樣品溫度升高時(shí)，

7、在Tc附近隨著磁性的突然變化鎖定放大器的輸出信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)有一個(gè)比較陡峭的下降過(guò)程，由此可以測(cè)定居里溫度Tc。圖3圖4測(cè)試系統(tǒng)如圖4所示。通過(guò)測(cè)定1、1’兩點(diǎn)間電動(dòng)勢(shì)的平均值，即可求出樣品的磁化強(qiáng)度，理由如下：對(duì)于線圈A有對(duì)于線圈B有根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律分別對(duì)線圈A和線圈B有εB=-μ0AdHdt其中A是次級(jí)螺線管的橫截面積，則在1與1’兩端的電勢(shì)差為U=εA-εB（3）所以U=-μ0AdMdt（4）而在測(cè)量時(shí)會(huì)對(duì)1與1’兩端的電壓求平均，即因此對(duì)1與1`兩端電壓平均值的測(cè)量值，即可反映所測(cè)樣品中磁化強(qiáng)度M的值。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）開啟測(cè)試儀器開關(guān)（2

8、）調(diào)節(jié)低頻信號(hào)器的頻率選擇為“*1k”檔，用衰減調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)幅度，調(diào)節(jié)頻率到1.5KHZ左右穩(wěn)定。（3）設(shè)置鎖定放大器的參