《居里温度的测量》报告

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1、钙钛锰氧化物居里温度的测量摘要本文通过对电感的测量得到了某钙钛锰氧化物的居里温度，并就影响实验结果的相关因素进行了讨论。关键词居里温度钙钛矿锰氧化物测量补偿引言铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质。铁磁性转变为顺磁性的温度称为居里温度或居里点，以Tc表示。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。本次实验就是测定钙钛矿锰氧化物居里温度，通过这次实验我们掌握测定居里温度的一种方法，同时这次实验让我们能够对居里温

2、度的物理意义有更深刻的了解。实验原理1.钙钛矿锰氧化物简介钙钛矿锰氧化物指的是一大类具有ABO3型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的ABO3型（A为稀土或碱土金属离子，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，如图1（a）所示。图1（b）则是以Mn离子为立方晶格顶点的结构图。一般，把稀土离子和碱土金属离子占据的晶体称为A值，而Mn离子占据的晶位称为B位。图1钙钛矿锰氧化物晶体结构这些钙钛矿锰氧化物的母本氧化物是LaMnO3，Mn

3、离子为正二价，这是一种显示反铁磁性的绝缘体，呈理想的钙钛矿结构。早在20世纪50—60年代，人们已经发现，如果用二价碱土金属离子（Sr、Ca、Pb等）部分取代三价稀土离子，Mn离子将处于/混合价状态，于是，通过和离子之间的双交换作用，在一定温度（Tp）以下、将同时出现绝缘体—金属转变和顺磁性—铁磁性转变。2.铁磁物质的磁化规律由于外加磁场的作用，物质中的状态发生变化，产生新的磁场的现象称为9/9磁性。物质的磁性可分为反铁磁性（抗磁性）、顺磁性和铁磁性三种，一切可被磁化的物质叫做磁介质。在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合”作用,在无外磁场的情况下，它们的

4、自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域，称为磁畴。在未经磁化的铁磁质中，虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。如图2所示，给出了多晶磁畴结构示意图。当铁磁质处于外磁场中时，那些自发磁化方向和外磁场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场的增大而扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向。另一些自发磁化方向和外磁场方向成大角度的磁畴其体积则逐渐缩小，这时铁磁质对外呈现宏观磁性。当外磁场增大时，上述效应相应增大，直到所有磁畴都沿外磁场排列好，介质的磁化就达到饱和。图2未加磁场

5、多晶磁畴结构图3加磁场时多晶磁畴结构由于在每个磁畴中元磁矩已完全排列整齐，因此具有很强的磁性。这就是为什么铁磁质的磁性比顺磁质强得多的原因。介质里的掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴恢复到原来的退磁状态，这是造成磁滞现象的主要原因。铁磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁体受到强烈的震动，或在高温下由于剧烈运动的影响，磁畴便会瓦解，这时与磁畴联系的一系列铁磁性质（如高磁导率、磁滞等）全部消失。对于任何铁磁物质都有这样一个临界温度，高过这个温度铁磁性就消失，变为顺磁性，这个临界温度叫做铁磁质的居里点。在各种磁介质中最重要的是以铁为代表的一类磁性很强的物质，在化学元素中，除

6、铁之外，还有过度族中的其它元素（钴、镍）和某些稀土族元素（如镝、钬）具有铁磁性。然而常用的铁磁质多数是铁和其它金属或非金属组成的合金，以及某些包含铁的氧化物（铁氧体），铁氧体具有适于更高频率下工作，电阻率高，涡流损耗更低的特性。软磁铁氧体中的一种是以Fe2O3为主要成分的氧化物软磁性材料，其一般分子式可表示为MO·Fe2O3（尖晶石型铁氧体），其中M为2价金属元素。其自发磁化为亚铁磁性。现在以Ni—Zn铁氧体等为中心，主要作为磁芯材料。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M和磁场强度H来描述，它们满足以下关系式中，m0=4p×10-7H/m为真空磁导率，为磁化

7、率，为相对磁导率，是一个无量纲的系数。μ为绝对磁导率。9/9对于顺磁性介质，磁化率χm>0，μr略大于1；对于抗磁性介质，磁化率χm<0，一般的绝对值在10-4～10-5之间；对于铁磁性介质的χm1，所以μr1；对于非铁磁性的各向同性的磁介质，H和B之间满足线性关系：B=μH，而铁磁性介质的μ、B与H之间有着复杂的非线性关系。一般情况下，铁磁质内部存在自发的磁化强度，当温度越低自发磁化强度越大。图3是典型的磁化曲线（B-H曲线），它反映了铁磁质的共同磁化特点：随着H的增加，开始时B缓慢的增加，此时μ较小；而后便随H的增加B急剧增大，μ也迅速增加；最后随H增加，B