(Sm,Gd)TiO3单晶的生长与低温物性研究

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1、硕士学位论文(Sm,Gd)TiO3单晶的生长与低温物性研究STUDYONGROWTHANDLOWTEMPERATUREPROPERTIESOF(Sm,Gd)TiO3SINGLECRYSTALS周学博哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O513学校代码：10213国际图书分类号：538.9密级：公开理学硕士学位论文(Sm,Gd)TiO3单晶的生长与低温物性研究硕士研究生：周学博导师：隋郁教授申请学位：理学硕士学科：物理学所在单位：物理系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cl

2、assifiedIndex:O513SchoolCode:10213U.D.C:538.9SecrecyGrade:OpenDissertationfortheMasterDegreeinScienceSTUDYONGROWTHANDLOWTEMPERATUREPROPERTIESOF(Sm,Gd)TiO3SINGLECRYSTALSCandidate：ZhouXueboSupervisor：Prof.SuiYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpe

3、ciality：PhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要在正交钙钛矿稀土钛酸盐中存在着正交畸变（GdFeO3型畸变），随着稀土离子半径的减小正交畸变程度增大，同时Ti3+离子自旋序从反铁磁（R=La，Pr,Nd,Sm）转变为铁磁（R=Gd,…,Lu,Y），这种现象被称为磁

4、有序渡越行为。这种在稀土钛酸盐中随着稀土离子半径改变而发生的反铁磁-铁磁基态转变的来源和微观物理过程还存在争议。本文通过让SmTiO3和GdTiO3形成固溶体来调制其晶格的畸变程度，对其进行了热学和磁学性质的测试并分析了变化规律，发现了该体系的各向异性，并解释了其来源，进而分析该体系磁性渡越过程中磁结构的转变过程。具体成果如下：首先探索到了光学浮区法生长该体系单晶的最优生长条件，并且生长出了(Gd,Sm)TiO3单晶，并对单晶进行质量表征和定向。其次我们对定向的单晶进行了不同磁场下的比热测试。我们

5、在Gd0.2Sm0.8TiO3的样品的比热测试中发现c轴的反铁磁比ab面内的反铁磁耦合略微强一些，我们认为这是d型的Jahn-Teller畸变与GdFeO3型畸变相互竞争增强c轴方向反铁磁耦合的迹象。Gd0.3Sm0.7TiO3的样品平行于c轴加磁场时反铁磁受到磁场强烈的抑制最终消失，而垂直c轴的比热峰依然存在，这反映了由于Gd掺杂量的继续增加TiO6八面体的GdFeO3畸变的影响占据主导地位。继续增大掺杂量后，Gd0.4Sm0.6TiO3各向异性几乎消失了，这是由于Gd掺杂量比较大时，反铁磁相互

6、作用与铁磁相互作用竞争的非常激烈，磁矩趋于无序排列，即磁矩没有非常有利的排列方向，故各向异性较弱。热导的测试发现在磁性渡越的过程中，随着不断的接近相界，自旋-自旋，轨道-轨道和自旋-轨道之间的耦合都会减弱，但是自旋-轨道和轨道-轨道相互作用衰减的要快一些，自旋和自旋之间的相互作用相对来讲要强一些，这最终导致了磁性渡越过程中自旋有序和轨道有序的分离。最后我们测试了该体系单晶的磁化曲线，发现Gd0.3Sm0.7TiO3的样品则表现出比较强的各向异性，a和c轴的磁化曲线比较接近，但是b轴的磁矩却要小很多

7、。这是磁矩分量的变化导致的，稀土钛酸盐中a方向的G型反铁磁分量总是与b方向的A型反铁磁矩和c方向的铁磁分量耦合。因此，RTiO3系列中Ti磁矩的反铁磁性到铁磁性的变化只是在相同的磁性对称内三个不同分量（Gx，Ay和Fz）之间有序磁矩的重新分布。考虑到稀土钛酸盐反铁磁相的磁结构是GxAyFz构型，而铁磁相的磁结构是GxAyFz构型，由于我们掺杂的样品处于相界处的过渡区，那么过渡的磁结构可能是Ay为主导的反铁磁，垂直与磁矩方向更容易使磁矩发生偏转，I哈尔滨工业大学理学硕士学位论文故a，c轴磁化曲线的磁

8、矩较大，而b轴的较小。通过比较了不同晶向磁相互作用的强弱，发现了磁性渡越过程中GdFeO3型畸变和Jahn-Teller畸变的竞争增强c轴方向反铁磁相互作用的迹象，以及轨道有序和自旋有序分离的现象，为了解该体系磁性渡越的过程提供了实验依据。关键词：钙钛矿稀土钛酸盐；磁有序渡越；二维各向异性；A型反铁磁相；光学浮区法II哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractIntheperovskiterareearthtitanateRTiO3system,thereisanorthorh