2023年居里溫度的測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

MＡCRＯBＵTTONMTEｄitＥｑuaｔｉonSecｔion2SEQＭTＥqｎ\r＼h\*ＭERGEFORMＡTSEＱＭTSec\r1＼h\*MＥRGEFORＭＡTＳＥQMTＣｈap\r260584\h\*MERGＥＦOＲMAＴ鈣鈦礦錳氧化物居里溫度的測定摘要:本文闡述了居里溫度的物理意義及測量方法,測定了鈣鈦礦錳氧化物樣品在不同實(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，互換作用１．引言磁性材料的自發(fā)磁化來自磁性電子間的互換作用。在磁性材料內(nèi)部,互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)能和互換作用能量相等,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互換作用、超互換作用、雙互換作用。因此,進(jìn)一步研究和測定材料的居里溫度有著重要意義。?2.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(qiáng)度的溫度依賴性得到Ms-T曲線,從而得到Ms（2）通過測定樣品材料在弱磁場下的初始磁導(dǎo)率μi(3）通過測量其他磁學(xué)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(xué)量如比熱、電阻溫度系數(shù)、熱電勢(shì)等隨溫度的變化,隨后根據(jù)這些非磁學(xué)量在居里溫度附近的反常轉(zhuǎn)折點(diǎn)來擬定居里溫度。

３.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。抱負(fù)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(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Mn06八面體的重心，如圖1(a)所示。圖圖1ABO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,呈抱負(fù)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)，假如用二價(jià)堿土金屬離子（Sr、Cａ、Ｐb等)部分取代三價(jià)稀土離子，Mn離子將處在Mn3+/Mn4+混合價(jià)狀態(tài)，于是，通過和離子之間的雙互換作用,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量的增長,錳氧化物L(fēng)a1-x?4.實(shí)驗(yàn)儀器描述圖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(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，以消除變溫過程中因線圈阻抗發(fā)生的變化而導(dǎo)致測試誤差。由于兩個(gè)線圈組的次級(jí)是反圖2?串聯(lián)相接的,因此其感生電動(dòng)勢(shì)是互相抵消的。在溫度低于Tc時(shí)，位于探測線圈A中的鈣鈦礦樣品呈鐵磁性，而補(bǔ)償線圈B中無樣品,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?在樣品溫度升高時(shí)，在Tc附近隨著磁性的忽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(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ε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-ε所以U=-μ0A而在測量時(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量值，即可反映所測樣品中磁化強(qiáng)度M的值。

5.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（1）將上述樣品室置于有溫控裝置的水槽中。（2)按圖3連接好相應(yīng)的線路，并設(shè)立鎖定放大器的參數(shù):積分時(shí)間1０ms，放大倍數(shù)P=1０,Ａ=6,模式為“模值”。(３)啟動(dòng)攪拌器，不斷調(diào)節(jié)水槽的加熱溫度,保持水與樣品室溫差為5℃左右。(4）以每隔0．5℃為步長，調(diào)節(jié)頻率分別為1KHz,2ＫHz，3ＫHｚ，記錄積分電壓和相應(yīng)時(shí)刻樣品的溫度。（5）待超過居里溫度后，數(shù)據(jù)變化平緩后停止實(shí)驗(yàn)。

6．?dāng)?shù)據(jù)解決與分析按照慣例，將Ｍ－Ｔ曲線（對(duì)于本實(shí)驗(yàn),就是Ｕ-Ｔ曲線）上斜率最大點(diǎn)相應(yīng)的溫度作為居里溫度。以下作出信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為f1=1kHz時(shí)的U-Ｔ曲線,并進(jìn)行多項(xiàng)式擬合。進(jìn)而求出各點(diǎn)導(dǎo)數(shù),作dU/dＴ實(shí)驗(yàn)參數(shù)放大倍數(shù)P放大倍數(shù)A掃描周期Ｔ（ms)掃描頻率f（Hｚ)初始溫度T(℃）1０610１0009.5Ｕ-T曲線dU/dT曲線從圖中可看出，斜率絕對(duì)值最大的點(diǎn)相應(yīng)溫度為29.31℃，即在ｆ=1ＫHｚ的情形下，測出的樣品居里溫度為29.317.小結(jié)本實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的誤差一方面來自探測線圈Ａ和補(bǔ)償線圈B的差異,另一方面取決于系統(tǒng)的弛豫時(shí)間。必須保證升溫過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程,實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果才故意義。假如使用能使樣品勻速升溫的裝置，將改善實(shí)驗(yàn)的精度。

8.參考文獻(xiàn)[１]黃潤生,沙振舜,唐濤等，近代物理實(shí)驗(yàn)(第二版）,南京大學(xué)出版社，202３.9.原始數(shù)據(jù)T(°C）U（mV)28．40.8634.40.4４２２．71.132８.７０.8334.70.４3231.１2９0.８3５０.４323.31．129.３０.７83５.３0．４12３.61．0929.60.7６35.60．4１２3.9１.0829.9０.7435.９0.41２4.２1.0７3０.20.7236.20.4２4.51.０630.5０.6936.50.３924.81．043０.８0.６7３6.８０.3825.11．０43１.10.6５37．10.３８25.41.０３31.40.6３37.40．3７25.71.02３1.70.6３７.70.37２61３20.58380．3626．3０.98３２.3０.５6３8.30.3６26.60