《尖晶石鐵氧體中陽離子分布的量子力學方法研究》是依託河北師範大學，由唐貴德擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：尖晶石鐵氧體中陽離子分布的量子力學方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐貴德
- 依託單位：河北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
尖晶石結構材料作為磁性材料、鋰離子電池電極材料、多鐵材料、鐵電材料、壓電材料等引起廣泛關注和研究。但其中的陽離子分布問題還有待進一步探討。本課題組提出在研究化合物中陽離子分布時,必須考慮到陽離子的電離能和陰陽離子間距，並採用量子力學方勢壘模型研究了一些鈣鈦礦結構材料的陽離子分布問題，對尖晶石結構的陽離子分布問題進行了初步探討。.本項目通過在簡單的尖晶石鐵氧體中摻雜Fe2+、Co2+、Ni2+等磁性離子和Zn2+、Li+等非磁性離子，製備不同類型的系列尖晶石樣品，利用量子力學方勢壘模型研究樣品中的陽離子分布，以及陽離子分布與樣品磁性的關係，並探討不同類型尖晶石鐵氧體磁性的形成機制。. 本項目的意義是把電離能引入化合物離子分布研究，使這個影響化合物物理和化學性質的重要因素引起有關研究人員的重視，推動尖晶石型化合物以及其他類型化合物磁性和結構問題研究的進展。
結題摘要
由於在多個領域具有很好的套用前景，例如磁製冷、微波器件、彩色印刷、高密度磁記錄、磁流體等，(A)[B]2O4型尖晶石結構材料引起廣泛關注. 儘管尖晶石鐵氧體MFe2O4 (M = Fe, Co, Ni, Cu)的磁結構可以用超交換和雙交換作用模型解釋，但是關於Ti、Cr、Mn摻雜尖晶石鐵氧體的離子分布問題的報導存在很大矛盾。因此，尖晶石鐵氧體的陽離子分布問題還有待進一步探討. 在本項目中，製備了多個系列的Ti、Cr、Mn摻雜尖晶石鐵氧體，並對其晶體結構和磁性進行了表征. 利用本課題組稍早提出的量子力學方勢壘模型擬合樣品在10K溫度下的磁矩隨摻雜量的變化，定量估算出樣品中陽離子在(A)、[B]的分布. 在研究過程中，我們提出了一個關於磁性氧化物中磁有序的O2p巡遊電子模型. 這個模型基於以下三點：(1) 考慮到樣品中存在一部分O1-離子, 在O1-離子外層電子軌道存在O2p空穴. 因此O2-離子外層軌道的2p電子就有一定的幾率以陽離子為媒介跳躍到相鄰O1-離子的2p空穴上, 並保持自旋方向不變. (2) 一個O2-離子外層軌道自旋方向相反的兩個2p 電子分別成為磁性氧化物中兩個磁性子晶格的巡遊電子. (3) 在一個子晶格中, O2p巡遊電子在運動過程中自旋的方向保持不變, 導致3d電子數目nd4的3d 過渡族金屬離子(Mn3+以及二、三價的Ti、Cr等) 必須與nd5的3d 過渡族金屬離子(Mn2+以及二、三價的Fe、Co、Ni、Cu等)磁矩反鐵磁耦合，這是因為受到洪特定則限制，3d 過渡族金屬的3d 殼層最多只能容納5個自旋方向相同的電子. 套用這個新的模型不僅可以解釋Co、Ni、Cu摻雜尖晶石鐵氧體的磁有序，還成功解釋了困擾磁學界多年的Ti、Cr、Mn摻雜尖晶石鐵氧體的磁有序和陽離子分布問題，並對典型鈣鈦礦結構錳氧化物的磁有序給出了全新的解釋. 所以，這個O2p巡遊電子模型有望替代傳統的超交換和雙交換模型用於解釋磁性氧化物的磁結構.
