文|龍月潭

編輯|龍月潭

La0.8Sr0.2MnO3（簡稱LSMO）是一種具有巨磁阻效應(yīng)的鐵磁材料，廣泛應(yīng)用于磁電存儲器、傳感器和磁醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。

（資料圖）

然而，LSMO在高溫下存在晶格畸變和氧化還原反應(yīng)等問題，嚴(yán)重影響其電傳輸性能和穩(wěn)定性。為了解決這個問題，我們提出了摻雜方法。

實驗方法

采用固相反應(yīng)法制備了La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3材料。

首先將La2O3、SrCO3、MnO2和Al2O3按La0.8Sr0.2MnO3和Al2O3的質(zhì)量比混合均勻，加入適量的乙酸和乙酸，攪拌溶解。

然后將溶液置于熱板上蒸發(fā)以形成干燥沉淀物。將沉淀物放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，得到La0.8Sr0.2Mn1-xAlxO3材料。燒結(jié)溫度為1300，保溫2小時，然后冷卻至室溫。

然后測試了La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3樣品的電傳輸性能。首先，將樣品拋光成尺寸為3mm3mm0.5mm的片材。然后將電極片添加到樣品的表面并用銀漿粘貼。保持電極與樣品緊密接觸。

然后將樣品放入熱量計中，進(jìn)行溫度控制實驗。將樣品加熱至400 K，然后冷卻至80 K。記錄電阻率和電導(dǎo)率隨溫度的變化。還進(jìn)行了霍爾效應(yīng)測試。

對于實驗中需要使用的儀器，我們最終選擇了X射線衍射分析儀（XRD）來表征樣品的晶體結(jié)構(gòu)。在儀器中，X射線照射到樣品上，并測量反射光的角度和強(qiáng)度。根據(jù)布拉格衍射公式計算晶格常數(shù)和晶胞參數(shù)。

電阻率和電導(dǎo)率的測量采用四探針法，四個電極垂直穿過樣品，其中兩個用于注入電流，另外兩個電極用于檢測電位差并計算電阻率和電導(dǎo)率。

霍爾效應(yīng)測試是利用霍爾效應(yīng)測量儀器將樣品置于磁場中，測量霍爾電勢隨磁場和電流的變化，根據(jù)霍爾系數(shù)計算載流子濃度和遷移率。

通過上述實驗方法和測試，可以得出Al3+摻雜對La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3電輸運性能的影響。通過分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能，可以發(fā)現(xiàn)Al3+摻雜對載流子濃度和遷移的影響。速率、電阻率、電導(dǎo)率和磁阻效應(yīng)。

實驗結(jié)果分析

在分析實驗結(jié)果時，我們主要從晶體結(jié)構(gòu)表征和電性能表征兩個方面進(jìn)行討論。

晶體結(jié)構(gòu)分析是研究材料晶體結(jié)構(gòu)的重要手段之一。為了研究Al3+摻雜對La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3電輸運性能的影響，晶體結(jié)構(gòu)分析可以幫助我們了解Al3+摻雜對材料晶體結(jié)構(gòu)的影響。然后分析其對電傳輸性能的影響。

晶體結(jié)構(gòu)分析通常采用X射線衍射技術(shù)。 X射線具有波長短、穿透力強(qiáng)、散射強(qiáng)度高的特點。它們可以穿透晶體并與晶體中的原子一起散射，形成衍射圖案。通過分析衍射圖樣可以確定晶體的晶格常數(shù)、晶胞參數(shù)、原子排列等信息，從而推導(dǎo)出晶體的晶體結(jié)構(gòu)。

實驗中，需要首先制備Al3+摻雜的La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3樣品，然后使用X射線衍射分析儀對樣品進(jìn)行測量。

根據(jù)實驗設(shè)計，將La2O3、SrCO3、MnO2和Al2O3等化合物按一定比例混合，通過球磨和高溫煅燒制備了Al3+摻雜的La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3樣品。然后將樣品放入X 射線衍射分析儀中。設(shè)置合適的X射線波長和衍射角范圍，并調(diào)整掃描速度和步長等參數(shù)。

然后啟動X射線衍射分析儀，掃描樣品，收集衍射圖樣。然后利用專業(yè)的晶體結(jié)構(gòu)分析軟件對衍射圖進(jìn)行分析處理，得到晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)獲得的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以對樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和討論，比較不同Al3+摻雜濃度下晶體結(jié)構(gòu)的差異，探討Al3+摻雜對晶體結(jié)構(gòu)的影響。

需要說明的是，晶體結(jié)構(gòu)分析是一項精密的實驗工作，需要對系統(tǒng)誤差和實驗誤差進(jìn)行分析和控制，以保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，結(jié)果也需要反復(fù)測量。保證實驗結(jié)果的穩(wěn)定性和重復(fù)性。

除了晶體結(jié)構(gòu)表征外，電學(xué)性能也是材料電輸運性能的重要指標(biāo)，通?？梢酝ㄟ^電阻率、電導(dǎo)率、熱電勢、霍爾系數(shù)等參數(shù)來表征。這些參數(shù)可以通過一系列實驗方法進(jìn)行測量，以進(jìn)一步研究Al3+摻雜對材料電性能的影響。

電阻率是材料抵抗能力的定量指標(biāo)。在實驗中，材料電阻率的測量可以采用四探針法、二探針法等方法。

四探頭法是一種更為準(zhǔn)確的電阻率測量方法。其基本原理是通過四個電極測量樣品的電流和電壓，從而消除電極電阻對測量結(jié)果的影響。

電導(dǎo)率是材料電導(dǎo)率的定量指標(biāo)。電導(dǎo)率可以通過測量電阻率來獲得。計算公式為：電導(dǎo)率=1/電阻率。實驗中，測量電阻率時需要注意樣品的溫度和施加的電場等因素。影響，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

熱電勢是材料在溫度梯度下產(chǎn)生的電動勢。可以通過熱電勢測量儀來測量。熱電勢的大小和方向與材料的導(dǎo)電性能、溫度梯度、材料成分等因素有關(guān)。通過測量熱電勢，我們可以了解摻雜Al3+對材料電子能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能的影響。

霍爾系數(shù)是材料導(dǎo)電性能的重要參數(shù)之一。其計算公式為：霍爾系數(shù)=R_H/(ne)，其中R_H為霍爾電阻系數(shù)，n為載流子濃度，e為元件電荷。實驗中，可以通過霍爾效應(yīng)來測量霍爾系數(shù)。

霍爾效應(yīng)是一種電磁現(xiàn)象。當(dāng)電流通過材料時，垂直于電流方向的磁場會產(chǎn)生垂直于電流和磁場的電場，從而引起霍爾電壓的產(chǎn)生。通過測量霍爾電阻和載流子濃度，可以計算出材料的霍爾系數(shù)。

通過測量電阻率、電導(dǎo)率、熱電勢、霍爾系數(shù)等參數(shù)，可以了解Al3+摻雜對材料電性能的影響，并進(jìn)一步探討其對材料電輸運性能的影響。

實驗中需要選擇合適的測量方法和儀器，并對樣品進(jìn)行合理的處理和條件控制，以保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，需要注意實驗過程中的誤差來源并采取相應(yīng)的措施。糾錯和數(shù)據(jù)分析。

對于實驗條件和過程，需要根據(jù)不同的電性能參數(shù)選擇相應(yīng)的實驗方法和儀器，以保證實驗的準(zhǔn)確性和可靠性。

例如，在電阻率和電導(dǎo)率的測量中，需要控制樣品的溫度和外部電場，以減少溫度和電場對測量結(jié)果的影響。在熱電勢的測量中，需要控制樣品和熱電偶結(jié)點的溫度梯度。需要樣品的穩(wěn)定性才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在霍爾系數(shù)的測量中，需要控制樣品的溫度、磁場和載流子濃度，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對于實驗儀器和測試方法，需要選擇適合實驗需要的設(shè)備和方法，以保證實驗的準(zhǔn)確性和可靠性。

例如，在電阻率、電導(dǎo)率的測量中，可以選擇四探頭法、二探頭法等方法，同時選擇合適的電阻測量儀器，以提高測量精度。

在熱電勢測量中，可以選擇熱電勢測量儀等設(shè)備來同時控制樣品的溫度梯度和接觸穩(wěn)定性，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在霍爾系數(shù)測量中，可以選擇霍爾效應(yīng)測量儀等設(shè)備。同時控制樣品的溫度、磁場和載流子濃度，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

Al3+摻雜對晶體結(jié)構(gòu)和電性能的影響

Al3+摻雜對晶體結(jié)構(gòu)的影響是影響La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3電輸運性能的重要因素。

當(dāng)Al3+摻雜到晶格中取代Mn原子時，其半徑小于Mn原子的半徑，會引起晶體結(jié)構(gòu)的變形和晶格畸變。具體來說，摻雜Al3+離子會引起晶格常數(shù)的變化。晶體結(jié)構(gòu)的畸變會影響La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3的電輸運性能。

從晶體結(jié)構(gòu)的角度來看，Al3+離子的摻雜會引起晶格畸變，改變晶體的晶格常數(shù)。

實驗結(jié)果表明，隨著Al3+摻雜濃度的增加，La0.8Sr0.2Mn1-xAlxO3的晶格常數(shù)發(fā)生顯著變化。這是因為Al3+離子的半徑小于Mn3+離子的半徑，Al3+摻雜會引起晶格畸變。的收縮。

另外，Al3+離子摻雜也會引起晶格畸變。這主要是由于Al3+離子和Mn3+離子的電子結(jié)構(gòu)不同所致。它們在晶格中的位置和配位方式不同，會導(dǎo)致晶格畸變和局域電子結(jié)構(gòu)。變化。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Al3+摻雜濃度為0.2時，晶體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的畸變，其中MnO6八面體輕微畸變，晶格呈現(xiàn)不規(guī)則畸變。

從電學(xué)性能的角度來看，晶體結(jié)構(gòu)的變形和畸變會影響La0.8Sr0.2Mn1-xAlxO3的電輸運性能。

研究發(fā)現(xiàn)Al3+摻雜可以顯著影響La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3的電學(xué)性能，包括電阻率、電導(dǎo)率、熱電勢和霍爾系數(shù)。具體來說，隨著Al3+摻雜濃度的增加，La0.8Sr0.2Mn1-xAlxO3的電阻率和熱電勢呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，而電導(dǎo)率和霍爾系數(shù)則呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

這是由于Al3+摻雜對晶體結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致晶格畸變和局域電子結(jié)構(gòu)的變化，從而影響電子結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，從而改變電子傳輸方式和能級分布，最終影響La0.8Sr0。 2Mn1xAlxO3 的電性能。

結(jié)論

Al3+摻雜可以影響材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，從而影響其電學(xué)和磁學(xué)性能。

在應(yīng)用方面，La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3具有優(yōu)異的磁電耦合效應(yīng)和磁阻效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于磁電存儲器、磁阻傳感器、電磁波吸波材料、磁換能器等領(lǐng)域。

未來的研究方向可以重點關(guān)注Al3+摻雜后材料性能的改善以及材料磁電機(jī)理的深入研究。

目前研究表明，低濃度Al3+摻雜可以提高La0.8Sr0.2Mn1-xAlxO3的電導(dǎo)率和磁電耦合效應(yīng)，但高濃度Al3+摻雜會導(dǎo)致電子局域化效應(yīng)，降低電導(dǎo)率和磁電耦合效應(yīng)。影響。

因此，未來的研究可以探索新的摻雜策略來改善Al3+摻雜后的材料性能。

La0.8Sr0.2Mn1-xAlxO3的磁電耦合效應(yīng)和磁阻效應(yīng)具有重要的應(yīng)用價值，但其磁電機(jī)理尚未深入研究。未來的研究可以結(jié)合實驗和理論模擬來進(jìn)一步研究材料的磁電機(jī)制。為進(jìn)一步改善材料性能和設(shè)計新器件提供理論指導(dǎo)。

除了磁電存儲器、磁阻傳感器、電磁波吸收材料、磁換能器等領(lǐng)域外，Al3+摻雜的La0.8Sr0.2Mn1xAlxO3還有許多未開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域。未來的研究可以結(jié)合材料的特殊性能。和應(yīng)用需要探索新的應(yīng)用領(lǐng)域。