鈣鈦礦錳氧化物居里溫度的測定摘要：本文簡要介紹和討論了磁性材料居里溫度的測量方法，對鈣鈦礦錳氧化物的居里溫度做了實驗測量，并對實驗結(jié)果進行了討論。關(guān)鍵詞：居里溫度；鈣鈦礦錳氧化物；磁化強度;臨界指數(shù)引言與材料科學(xué)中，居里溫度（或稱為居里點）是指鐵磁性材料或亞鐵磁性材料在升溫過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度。在居里溫度以上，磁性物質(zhì)會失去其強磁性。在居里溫度以下，交換作用使得相鄰原子磁矩呈平行取向（鐵磁性材料），或者反平行取向（亞鐵磁性材料）。當溫度升高時，原子的無序熱運動將會逐步破壞材料內(nèi)部磁矩的有序排列，當溫度高于居里溫度后，熱運動能和交換作用能相等，此時材料處于完全無序狀態(tài)，變?yōu)轫槾判?。在居里點處磁性的破壞是一種二級相變，同時磁化率理論上為無限大，因此居里點也是臨界點。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，深入研究和測定材料的居里溫度有著重要意義。居里溫度的測量方法通過測定材料的飽和磁化強度的溫度依賴性得到QUOTE錯誤!未找到引用源。曲線，從而得到QUOTE錯誤!未找到引用源。降為零時所對應(yīng)的居里溫度。這種方法適用于那些可以用來在變溫條件下直接測量樣品飽和磁化強度的裝置，例如磁天平、震動樣品磁強計以及SQUID等。通過測定樣品材料在弱磁場下的初始磁導(dǎo)率QUOTE錯誤!未找到引用源。的溫度依賴性，利用霍普金森效應(yīng)，確定居里溫度。霍普金森效應(yīng)指的是一些軟磁材料的初始磁導(dǎo)率在居里溫度附近，由于磁晶各向異性常數(shù)隨溫度升高而趨于零的速度遠快于飽和磁化強度隨溫度的變化，而初始磁導(dǎo)率，因此在居里溫度附近，會顯示一最大值，隨后快速趨于零的現(xiàn)象。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。通過測定一些非磁學(xué)量如比熱、電阻溫度系數(shù)、熱電勢等隨溫度的變化，隨后根據(jù)這些非磁學(xué)量在居里溫度附近的反常轉(zhuǎn)折點來確定居里溫度。鈣鈦礦錳氧化物鈣鈦礦錳氧化物指的是成分為QUOTE錯誤!未找到引用源。(R是二價稀土金屬離子，QUOTE錯誤!未找到引用源。為一價堿土金屬離子)的一大類具有QUOTE錯誤!未找到引用源。型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物。理想的QUOTE錯誤!未找到引用源。型(QUOTE錯誤!未找到引用源。為稀土或堿土金屬離子，QUOTE錯誤!未找到引用源。為QUOTE錯誤!未找到引用源。離子)鈣鈦礦具有空間群為QUOTE錯誤!未找到引用源。的立方結(jié)構(gòu)，如以稀土離子QUOTE錯誤!未找到引用源。作為立方晶格的頂點，則QUOTE錯誤!未找到引用源。離子和QUOTE錯誤!未找到引用源。離子分別處在體心和面心的位置，同時，QUOTE錯誤!未找到引用源。離子又位于六個氧離子組成的QUOTE錯誤!未找到引用源。八面體的重心，如圖1(a)所示。圖1(b)則是以QUOTE錯誤!未找到引用源。離子為立方晶格頂點的結(jié)構(gòu)圖。一般，把稀土離子和堿土金屬離子占據(jù)的晶位稱為QUOTE錯誤!未找到引用源。位，而QUOTE錯誤!未找到引用源。離子占據(jù)的晶位稱為QUOTE錯誤!未找到引用源。位。圖1QUOTE錯誤!未找到引用源。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)這些鈣鈦礦錳氧化物的母本氧化物是LaQUOTE錯誤!未找到引用源。，Mn離子為正二價，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50—60年代，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果用二價堿土金屬離子(Sr、Ca、Pb等)部分取代三價稀土離子，Mn離子將處于QUOTE錯誤!未找到引用源。/QUOTE錯誤!未找到引用源。混合價狀態(tài)，于是，通過和離子之間的雙交換作用，在一定溫度(Tp)以下、將同時出現(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QUOTE錯誤!未找到引用源。的R—T曲線形狀發(fā)生明顯變化。實驗原理圖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合補償線圈組B組成。在兩根細石英管上用高強度漆包線分別繞制初級（磁化）線圈和次級（感應(yīng)）線圈。樣品和熱電偶置于其中一個石英管A中，另一個線圈組是作為補償線圈引入的，以消除變溫過程中因線圈阻抗發(fā)生的變化而造成的測試誤差。兩個線圈組的初級線圈串聯(lián)相接，而次級線圈反串聯(lián)相接。由于兩個線圈組的次級是反串聯(lián)相接的，因此其感生電動勢是相互抵消的。在溫度低于QUOTE錯誤!未找到引用源。時，位于探測線圈A中的樣品呈鐵磁性，而補償線圈B中無樣品，反串聯(lián)的次級線圈感應(yīng)輸出信號強度正比于鐵磁樣品的磁化強度；當溫度升到QUOTE錯誤!未找到引用源。以上時，探測線圈A中的樣品呈順磁性，和補償線圈中空氣的磁性相差無幾，反串聯(lián)的次級線圈感應(yīng)輸出信號強度幾乎變?yōu)榱?。因此，在樣品溫度?7K逐漸升高時，在QUOTE錯誤!未找到引用源。附近隨著磁性的突然變化鎖定放大器的輸出信號強度應(yīng)有一個比較陡峭的下降過程，因此可測定QUOTE錯誤!未找到引用源。。居里溫度）時，自發(fā)磁化強度隨的變化遵從以下規(guī)律：，我們實驗中已經(jīng)測得了居里溫度，因此可以通過實驗數(shù)據(jù)計算出時的，做出與的關(guān)系圖，并對其進行形式為的函數(shù)擬合，得到的值即為臨界指數(shù)，如下圖：有圖可看到臨界指數(shù)實驗思考如果探測線圈A和補償線圈B在繞制時不完全相同，會對測到的M-T（U-T）曲線以及產(chǎn)生什么影響？答：由前文的理論計算可知，當繞制不同時和無法相消，因此計算得到的電勢差會為以下形式：得到的電勢差平均值為即在原有測量結(jié)果的電壓值上疊加了一個常數(shù)，即原有實驗U-T圖形沿縱坐標平移了一段距離，顯然，理論上這對于求導(dǎo)獲得的居里溫度不會產(chǎn)生任何影響，但實際需分情況討論，當時，居里點附近的磁場躍變相對于線圈本身的激勵磁場為小量，這在實際實驗測量中會使得測量到的電壓變化（居里點附近）不顯著，從而降低了實驗精度。而當或兩者相差不大時，這種影響便可忽略不計。參考文獻[1]G.H.JonkerandJ.HVanStanten,physica.16,337(1950)[2]J.HVanStantenandG.H.Jonker,physica(Amsterdam)16,559(1950)[3]C.Zenner,Phys.Rev.82,403(1951)[4]P.W.Andersen,Hasegawa,Phys.Rev.100,675(1955)[5]S.Jin,H.Tiefel,M.Mecormack,R.A.Fastbacht,J.M.Phil