居里温度试验报告

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1、钙钛矿锰氧化物居里温度的测量实验报告摘要：居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁磁性（亚铁磁性）转变成顺磁性的相变温度，是一种临界相变现象。本次实验是通过测定弱交变磁场下磁化强度随温度变化来测定样品的居里温度。本文阐述了居里温度的物理意义及测量方法，测定了钙钛矿锰氧化物样品在实验条件下的居里温度，最后对实验进行了讨论关键词：居里温度Tc、钙钛矿锰氧化物、磁化强度M-T曲线。引言:众所周知,磁性材料的自发极化来自磁性电子之间的相互作用。在磁性材料内部,交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列:平行取向或反平行取向。但是随着温度T的升高，原子的热运动能KT逐

2、渐增加，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列。当材料达到一定温度时，热运动能与交换作用能相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料显示顺磁性，这时的温度即为居里温度。因此，居里温度是指铁磁性或亚铁磁性材料由铁磁状态转变成顺铁磁状态的临界温度。但是，由于铁磁性材料的磁化率大于0，且数值很大（10~105），而顺磁物质的只有10-3到10-5的量级。所以在转变点附近，材料磁性很弱。因此，在要求不太严格的情况下，常常把强磁性材料的磁化强度随着温度的升高降为0的温度看成是居里温度。一，实验目的1，了解磁性材料居里温度的物理意义。2，测定钙钛矿锰氧化物样品的居里温度。二，实

3、验原理1,居里温度的测量方法通过测定材料的饱和磁化强度和温度依赖性得到Ms—T曲线，从而得打Ms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、振动样品磁强计以及SQUID等。图1示出了纯Ni的饱和磁化强度的度依赖性。由图(1)可以确定Ni的居里温度。图(1)，Ni的Ms—T曲线2，钙钛矿锰氧化物-12-钙钛矿锰氧化物指的是成分为(R是二价稀土金属离子，A为一价碱土金属离子)的一大类具有型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的型(A为稀土或碱土金属离子，B为Mn离子)钙钛矿具有空间群为立方结构，如以稀土离子A作为立方晶格的顶点

4、，则Mn离子和O离子分别处在体心和面心的位置，同时，Mn离子又位于六个氧离子组成的八面体的重心，如图(2)(a)所示。图(3)(b)则是以Mn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A位，而Mn离子占据的晶位称为B位。图(2)钙钛矿结构这些钙钛矿锰氧化物的母本氧化物是，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/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—

5、金属转变和顺磁性—铁磁性转变。随着含Sr量的增加，锰氧化物的R—T曲线形状发生明显变化。3，实验仪器描述如图（3）所示的样品与测试线圈支架示意图。测试线圈有匝数和形状相同的探测线圈组A和补偿线圈B组成。在两根细石英管上用高强度漆包线分别绕制初级线圈各400匝和次级线圈各4000匝，每个线圈长度约为30mm。样品和热电偶置于其中的一个石英管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测试误差。注意，两个线圈组的初级线圈应串联连接，而次级线圈则反串联连接，其感生电动势相互抵消。在温度低于Tc时，位于探测线圈A中的钙钛矿样品呈铁磁性，而补偿线圈

6、B中没有样品，反串联的次级线圈感应输出信号强度正比于铁磁样品的极化强度；当温度升到Tc以上时，A中的钙钛矿样品呈顺磁性，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0。因此，在样品降温过程中，在Tc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，由此可以测定Tc。-12-图（3）图（4）测试系统如图4所示。通过测定1、1’两点间电动势的平均值，即可求出样品的磁化强度，理由如下：对于线圈A有对于线圈B有根据法拉第电磁感应定律分别对线圈A和线圈B有-12-其中A是次级螺线管的横截面积，则在1与1’两端的电势差为（3）所以（4）

7、而在测量时会对1与1’两端的电压求平均，即（5）因此对1与1`两端电压平均值的测量值，即可反映所测样品中磁化强度M的值。一，实验过程与步骤1，打开信号源、信号放大器，信号源发出的是低频信号（f=1KHz）。2，打开热电偶，温度计量装置，并将扇叶调到合适的速度（以不出现太大的漩涡为准，以免在水中出现过大的温度梯度）。3，调整放大器的放大倍数为10，模放在1.5左右。开始试验。4，用热电偶给水加热，通过热传导使被封装的样品升温，观察从样品中引出的温度计的数值。5，从12度开始计数，温度每升高0.5度记录一次