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居里温度的测定 钙钛矿锰氧化物居里温度的测定 摘要：本文简要介绍和讨论了磁性材料居里温度的测量方法，对钙钛矿锰氧化物的居里温度做了实 验测量，并对实验结果进行了讨论 关键词：居里温度；钙钛矿锰氧化物；磁化强度 ；临界指数 一、 引言 与材料科学中，居里温度（或称为居里点）是指铁磁性材料或亚铁磁性材料在升温过程中转 变为顺磁性的临界温度。在居里温度以上，磁性物质会失去其强磁性。在居里温度以下，交换作 用使得相邻原子磁矩呈平行取向（铁磁性材料），或者反平行取向（亚铁磁性材料）。当温度升高 时，原子的无序热运动将会逐步破坏材料内部磁矩的有序排列，当温度高于居里温度后，热运动 能和交换作用能相等，此时材料处于完全无序状态，变为顺磁性。在居里点处磁性的破坏是一种 二级相变，同时磁化率理论上为无限大，因此居里点也是临界点。 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。 二、 居里温度的测量方法 1） 通过测定材料的饱和磁化强度的温度依赖性得到 4T曲线，从而得到性 降为零时所对应的居里 温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置， 例如磁天 平、震动样品磁强计以及 SQUID等。 2） 通过测定样品材料在弱磁场下的初始磁导率的温度依赖性，利用霍普金森效应，确定居里温度。 霍普金森效应指的是一些软磁材料的初始磁导率在居里温度附近，由于磁晶各向异性常数 心随 2 温度升高而趋于零的速度远快于饱和磁化强度随温度的变化， 而初始磁导率i 十，因此在居 K1 里温度附近，i会显示一最大值，随后快速趋于零的现象。 3） 通过测量其他磁学量（如磁致伸缩系数等）的温度依赖性求得居里温度。 4） 通过测定一些非磁学量如比热、电阻温度系数、热电势等随温度的变化，随后根据这些非磁学量 在居里温度附近的反常转折点来确定居里温度。 钙钛矿锰氧化物 钙钛矿锰氧化物指的是成分为 巴 /加:5 （R是二价稀土金属离子，上为一价碱土金属离子）的 一大类具有…二一型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的丄二一型（丄为稀土或碱土金属离子，三为离子） 钙钛矿具有空间群为的立方结构，如以稀土离子二作为立方晶格的顶点，则込::离子和：离子分 别处在体心和面心的位置，同时，\二离子又位于六个氧离子组成的 贰...八面体的重心，如图1（a） 所示。图1（b）则是以）血离子为立方晶格顶点的结构图。一般，把稀土离子和碱土金属离子占据的晶 位称为三位，而部i「离子占据的晶位称为三位。 A O li （a） （b） 图1心￡心钙钛矿结构 这些钙钛矿锰氧化物的母本氧化物是 La】池住；，Mn离子为正二价，这是一种显示反铁磁性的绝 缘体，呈理想的钙钛矿结构。早在 20世纪50— 60年代，人们已经发现，如果用二价碱土金属离子 （Sr、Ca Pb等）部分取代三价稀土离子，Mn离子将处于冋严/?丄 混合价状态，于是，通过和离子 之间的双交换作用，在一定温度（Tp）以下、将同时出现绝缘体一金属转变和顺磁性一铁磁性转变。 随着含Sr量的增加，锰氧化物 —i,.=」山匕：的R—T曲线形状发生明显变化。 四、实验原理 图2示出了样品和测试线圈支架示意图。 测试线圈由匝数和形状相同的探测线圈组 A合补偿 线圈组B组成。在两根细石英管上用高强度漆包线分别绕制初级（磁化）线圈和次级（感应）线 圈。样品和热电偶置于其中一个石英管 A中，另一个线圈组是作为补偿线圈引入的，以消除变温 过程中因线圈阻抗发生的变化而造成的测试误差。 两个线圈组的初级线圈串联相接， 而次级线圈 反串联相接。由于两个线圈组的次级是反串联相接的，因此其感生电动势是相互抵消的。在温度 低于?一时，位于探测线圈A中的样品呈铁磁性，而补偿线圈 B中无样品，反串联的次级线圈感应 输出信号强度正比于铁磁样品的磁化强度； 当温度升到- 一以上时，探测线圈A中的样品呈顺磁性， 和补偿线圈中空气的磁性相差无几，反串联的次级线圈感应输出信号强度几乎变为零。因此，在 样品温度从77K逐渐升高时，在「附近随着磁性的突然变化锁定放大器的输出信号强度应有一个 比较陡峭的下降过程，因此可测定 ■?密址珂图2B壻石灵養 ■?密址珂 图2 B壻石灵養 理论计算: 五、对于线圈A：对于线圈B：u BauurBbuuu urHA MuuuoHb则锁定放大器的输入电压是线圈 A、B的电势差 五、 对于线圈A： 对于线圈B： u Ba uur Bb uuu ur HA M uuu oHb 则锁定放大器的输入电压是线圈 A、 B的电势差 注意上式计算中之所以能将 A,B线圈两项中的 同方式饶制的，当绕制方式不同时，此文后面有讨论 最终我们通 1 T0