居里温度(必威体育精装版整理版).docVIP

钙钛矿锰氧化物居里温度的测定

陈磊

（南京大学，物理学系07级，学号071120014）

摘要：居里温度（也称居里点）是指材料可以在铁磁体（亚铁磁体）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。不同材料的居里温度时不同的，本文包含了一些测量居里温度的常用方法。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。

关键词：居里温度（居里点）、钙钛矿锰氧化物、铁磁性、顺磁性、磁化率、磁化强度、热电偶、热电势、交变磁场、M-T曲线。

在铁磁材料中的原子（或离子）具有固有磁矩，这些固有磁矩间的正的交换作用使它们形成长程平行排列，从而在外磁场不存在时也呈现出自发磁化，只不过在静磁能作用下大块铁磁材料中形成许多细小的磁畴，各畴内材料呈现自发磁化，但各个磁畴的磁化方向混乱排列，导致材料的总磁化强度为零，因而往往不呈现出表观的磁性。在外磁场作用下，通过磁畴位移和磁畴转动而很快使大块材料在磁场方向上呈现很大的磁化强度，因而其低场的磁化率很大，可达100~106。铁磁材料的一个特点是，当温度升高时，其自发磁化强度Ms减小，到居里温度Tc时降为零。当TTc时，呈现顺磁性，其磁化率遵从居里外斯定律。

图1画出了铁磁体的特征：

（Θp称为顺磁居里温度）

测量居里温度的常用方法：

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2示出了纯Ni的饱和磁化强度的温度依赖性。

Ms

（ⅹ103A/m）

T(K)

图2

通过测定材料在弱磁场下的初始磁导率μi的温度依赖性，利用霍普金森效应，确定居里温度。霍普金森效应指的是一些软磁材料的初始磁导率在居里点附近，由于磁晶各向异性常数K1随温度升高而趋于零的速度远快于饱和磁化强度随温度的变化，而初始磁导率μi∝Ms2/K1，因此在局里温度附近，μi会显示一最大值，随后快速趋于零的现象。图3示出了不同成分的镍锌铁氧体的初始磁导率随温度的变化，这些材料的霍普金森效应十分明显。

μi

T(oC)

图3

通过测量其他磁学量（如磁致伸缩系数等）的温度依赖性求得居里温度。

通过测定一些非磁学量如比热、电阻温度系数、热电势等随温度的变化，随后根据这些非磁学量在居里温度附近的反常转折点来确定居里温度。

钙钛矿锰氧化物

钙钛矿锰氧化物指的是成分为R1-xAxMnO3（R是三价稀土金属离子，A为二价碱土金属离子）的一大类具有ABO3型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的ABO3型（A为碱土金属离子、B为Mn离子）钙钛矿具有空间群为Pm3m的立方结构，如以稀土离子A作为立方晶格的顶点，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MnO6八面体的重心。

这些钙钛矿锰氧化物的母本氧化物是LaMnO3，Mn离子为正三价，是一种显示反铁磁性的绝缘体，呈理想的钙钛矿结构。人们陆续观察到一些不同成分的钙钛矿锰氧化物块体和薄膜，具有较大的负磁电阻效应，即在磁场中测得的电阻（电阻率）明显低于零场电阻（电阻率）。

实验原理

本实验通过测定弱交变磁场下磁化强度随温度的变化来测定样品的居里温度。由于所测样品的居里温度位于285K到310K之间，因此我们设计了特有的样品和测量线圈支架。测量居里温度前，将包含这一支架的铜罐放入水中，使样品温度降至285K，依靠对水的加热，铜罐和样品温度逐渐升高，同时测量并记录相应于磁化强度的输出信号电压和热电偶的热电势值。以磁化强度委纵坐标、温度为横坐标作图。按照惯例，锰氧化物的居里温度被定义为M~T曲线上斜率最大点所对应的温度。

测试线圈由匝数和形状相同的探测线圈组A和补偿线圈组B组成，样品和热电偶置于其中一个石英管A中，另一个线圈组是作为补偿线圈引入的，用来消除变温过程中因线圈阻抗发生的变化而造成的测试误差。要