居里溫度的測(cè)定-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r260584\h鈣鈦礦錳氧化物居里溫度的測(cè)定摘要：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，交換作用1.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。

2.居里溫度的測(cè)量方法測(cè)量材料的居里溫度可以采用許多方法。常用的測(cè)量方法有：（1）通過(guò)測(cè)量材料的飽和磁化強(qiáng)度的溫度依賴(lài)性得到Ms-T曲線，從而得到Ms（2）通過(guò)測(cè)定樣品材料在弱磁場(chǎng)下的初始磁導(dǎo)率μi（3）通過(guò)測(cè)量其他磁學(xué)量（如磁致伸縮系數(shù)等）的溫度依賴(lài)性求得居里溫度。（4）通過(guò)測(cè)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(lái)確定居里溫度。

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(lèi)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(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Mn3+/Mn4+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L(fēng)a1-x

4.實(shí)驗(yàn)儀器描述圖2示出了樣品和測(cè)試線圈支架示意圖。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)是反圖2

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)償線圈中空氣從圖中可看出，斜率絕對(duì)值最大的點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度為29.31℃，即在f=1KHz的情形下，測(cè)出的樣品居里溫度為29.317.小結(jié)本實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的誤差一方面來(lái)自探測(cè)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(guò)程是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果才有意義。如果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(rùn)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，2008.9.原始數(shù)據(jù)T(°C)U(mV)28.40.8634.40.4422.71.1328.70.8334.70.43231.1290.8350.4323.31.129.30.7835.30.4123.61.0929.60.7635.60.4123.91.0829.90.7435.90.4124.21.0730.20.7236.20.424.51.0630.50.6936.50.3924.81.0430.80.6736.80.3825.11.0431.10.6537.10.3825.41.0331.40.6337.40.3725.71.0231.70.637.70.37261320.58380.3626.30.9832.30.5638.30.3626.60.9732.60.5438.60.3526.90.9532.90.52