鈣鈦礦錳氧化物居里溫度的測定

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1、補充實驗：鈣鈦礦錳氧化物居里溫度的測定摘要居里點（theCurietemperature）也稱居里溫度或磁性轉(zhuǎn)變點，是指材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度，即鐵電體從鐵電相轉(zhuǎn)變成順電相引的相變溫度。也可以說是發(fā)生二級相變的轉(zhuǎn)變溫度。低于居里點溫度時該物質(zhì)成為鐵磁體，此時和材料有關(guān)的磁場很難改變。當溫度高于居里點溫度時,該物質(zhì)成為順磁體，磁體的磁場很容易隨周圍磁場的改變而改變。筆者通過該實驗了解了居里溫度的物理意義，熟悉了測量方法和注意事項，測定了鈣鈦礦錳氧化物樣品的居里溫度，并做了一些有意義的討論。關(guān)鍵詞：近代物理實驗，居里溫度，鈣鈦礦錳氧化物一、實驗目的：一、對居

2、里溫度有初步了解二、學會居里溫度測量原理和方法。三、了解居里點這一特別物理性質(zhì)的功能和應用前景。二、實驗儀器圖2示出了樣品和測試線圈支架示意圖。測試線圈由匝數(shù)和形狀相同的探測線圈組A和補償線圈組B組成。樣品和熱電偶置于其中一個石英管A中，另一個線圈組是作為補償線圈引入的，以消除變溫過程中因線圈阻抗發(fā)生的變化而造成測試誤差。由于兩個線圈組的次級是反圖2串聯(lián)相接的，因此其感生電動勢是相互抵消的。在溫度低于Tc時，位于探測線圈A中的鈣鈦礦樣品呈鐵磁性，而補償線圈B中無樣品，反串聯(lián)的次級線圈感應輸出信號強度正比于鐵磁樣品的磁化強度；當溫度升到Tc以上時，探測線圈A中的鈣鈦礦樣品

3、呈順磁性，和補償線圈中空氣的磁性相差無幾，反串聯(lián)的次級線圈感應輸出信號強度幾乎變?yōu)榱?。因此，在樣品溫度升高時，在Tc附近隨著磁性的突然變化鎖定放大器的輸出信號強度應有一個比較陡峭的下降過程，由此可以測定居里溫度Tc。圖3測試系統(tǒng)如圖3所示。通過測定1、1’兩點間電動勢的平均值，即可求出樣品的磁化強度，理由如下：對于線圈A有對于線圈B有根據(jù)法拉第電磁感應定律分別對線圈A和線圈B有εB=-μ0AdHdt其中A是次級螺線管的橫截面積，則在1與1’兩端的電勢差為U=εA-εB（3）所以U=-μ0AdMdt（4）而在測量時會對1與1’兩端的電壓求平均，即因此對1與1`兩端電壓平均

4、值的測量值，即可反映所測樣品中磁化強度M的值。三、實驗原理1.居里溫度的測量方法測量材料的居里溫度可以采用許多方法。常用的測量方法有：（1）通過測量材料的飽和磁化強度的溫度依賴性得到Ms-T曲線，從而得到Ms降為零時對應的居里溫度。這種方法適用于那些可以用來在變溫條件下直接測量樣品飽和磁化強度的裝置，例如磁天平、振動樣品磁強計以及SQUID等。（2）通過測定樣品材料在弱磁場下的初始磁導率μi的溫度依賴性，利用霍普金森效應，確定居里溫度。（3）通過測量其他磁學量（如磁致伸縮系數(shù)等）的溫度依賴性求得居里溫度。（4）通過測定一些非磁學量如比熱、電阻溫度系數(shù)、熱電勢等隨溫度的變

5、化，隨后根據(jù)這些非磁學量在居里溫度附近的反常轉(zhuǎn)折點來確定居里溫度。2.鈣鈦礦錳氧化物鈣鈦礦錳氧化物指的是成分為R1-xAxMnO3(R是二價稀土金屬離子，A為一價堿土金屬離子)的一大類具有ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物。理想的ABO3型(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Pm3m的立方結(jié)構(gòu)，如以稀土離子A作為立方晶格的頂點，則Mn離子和O離子分別處在體心和面心的位置，同時，Mn離子又位于六個氧離子組成的Mn06八面體的重心，如圖1(a)所示。圖1(b)則是以Mn離子為立方晶格頂點的結(jié)構(gòu)圖。一般，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

6、占據(jù)的晶位稱為B位。圖1ABO3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，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50—60年代，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果用二價堿土金屬離子(Sr、Ca、Pb等)部分取代三價稀土離子，Mn離子將處于Mn3+/Mn4+混合價狀態(tài)，于是，通過和離子之間的雙交換作用，在一定溫度(Tp)以下、將同時出現(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La1-xSrxMnO3的R—T曲線形狀發(fā)生明顯變化。四、實驗步驟（1）將測量裝置置于水槽中，水槽中有溫控裝置，可以設定溫度，并且有溫

7、度測量裝置，可以測出溫度讀數(shù)。（2）確認電路連接無誤，水槽中的水為冷水無誤之后，即可開啟實驗裝置，并設置鎖定放大器的參數(shù)。調(diào)整積分時間，放大倍數(shù)前端為10，后端為6，模式為“實數(shù)”，這樣總的放大倍數(shù)就是60。實驗過程中保持該值不變，不得隨意更改。（3）開啟攪拌器，從9℃開始，每間隔0.5℃，升高調(diào)節(jié)水槽的加熱溫度，直到40℃左右為止。注意要保持水與樣品溫差為10℃之內(nèi)，否則將會使樣品溫度上升過快，讀出的數(shù)值變化很快，從而出現(xiàn)錯誤。（5）數(shù)據(jù)變化平緩后停止實驗，將水槽中的水倒光，然后注入新的冷水。五、實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理TU(正比于M)TU(