[发明专利]一种钴掺杂钙钛矿陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钴掺杂钙钛矿陶瓷及其制备方法，化学式为La_0.5Sr_0.5Mn_1‑xCo_xO₃，钴掺杂量x的范围为：0x≤0.5。本发明利用溶胶‑凝胶法制备得到钙钛矿陶瓷材料，在湿凝胶处理过程中采取了在恒温保温套中先对其进行干燥然后对干凝胶进行逐步升温加热使之自烧杯底部自蔓延燃烧的工艺，避免了热处理时干凝胶粉发生燃烧喷发的现象。本发明的钴掺杂钙钛矿陶瓷，在很宽的烧结温度区间（900~1350℃）内均可得到单相的样品，掺杂量为0.15≤x≤0.5的体系均具有显著的交换偏置效应，最高交换偏置场可达10.3 kOe，并且烧结温度和钴离子掺杂量变化对交换偏置效应和偏置场大小具有明显的调控效应。

技术领域

本发明涉及稀土磁性功能材料（磁电存储、磁性材料）技术领域，具体涉及一种钴掺杂钙钛矿陶瓷及制备方法。

背景技术

国家科学技术和生产力发展与新材料的研发密切相关，21世纪是以信息产业为核心的知识经济时代。随着信息技术向数字化、网络化的迅速发展，超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储已成为信息技术追求的目标。作为一种典型的强关联电子体系，钙钛矿锰氧化物Re_1-xAexMnO₃（Re代表稀土元素，Ae代表碱土元素）因其自旋、电荷、轨道和晶格自由度之间存在强烈的耦合效应，呈现出庞磁电阻、电荷/轨道有序、电子相分离、多铁性、磁交换偏置等奇特的物理特性，在新型自旋电子器件方面具有广阔的应用前景。

通常认为，交换偏置效应来源于铁磁/反铁磁结构体系中界面的交换耦合作用，即界面处反铁磁相对铁磁相的“钉扎”。具有铁磁/反铁磁界面的材料体系在外磁场中，从高于反铁磁奈尔温度T_N并低于铁磁层的居里温度T_C (T_NTT_C)冷却到反铁磁奈尔温度以下(即经过场冷过程)，铁磁层的磁滞回线将沿磁场方向偏离原点（其偏离量被称为交换偏置场），同时伴随着矫顽力的增加，这一现象被称为交换偏置。此效应能很好地克服磁记录材料中超顺磁性的限制及自旋钉扎作用，促进信息器件微型化发展。1956年Meikleijohn和Bean首先在Co/CoO铁磁/反铁磁核壳结构颗粒中发现该效应。随后在包含铁磁/反铁磁界面材料如纳米颗粒、双层膜、超晶格中都观察到了交换偏置现象。交换偏置展现出许多新的物理现象和丰富的物理机制，成为凝聚态物理的一个研究热点；同时，随着基于交换偏置效应的自旋阀效应的发现，交换偏置效应成为了现代信息存储技术的重要基础，广泛地应用于永磁体、自旋阀、高密度磁存储和传感器等相关领域。因此，交换偏置效应由于在基础研究和应用方面具有的重要意义，受到广泛关注和研究。

交换偏置效应通常存在于异质结构之中，但是异质结构材料的制备工艺流程复杂，材料缺陷较多，性质不稳定。因此，在最近的研究中，很多学者致力于开发设计具有交换偏置效应的单相陶瓷材料，例如在存在铁磁和反铁磁相共存的类钙钛矿稀土锰氧化物Pr_1/3Ca_2/3MnO₃中观察到了交换偏置效应。这类材料还包括NdMnO₃，Y_0.2Ca_0.8MnO₃等，但总体而言种类较少。另外，在传统的溶胶-凝胶法制备样品的过程中，干凝胶粉在预处理过程中因具有可燃性易发生燃烧喷发，造成炉膛污染和样品损耗。

发明内容