WEKO3
アイテム
希土類酸化物RMnO3における元素置換効果と化学圧力効果
https://doi.org/10.15118/00010334
https://doi.org/10.15118/00010334adc65162-b8e7-4d3f-8585-312fb5079f32
名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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A454 (2.6 MB)
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A454_summary (775.1 kB)
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Item type | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||
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公開日 | 2020-12-15 | |||||
タイトル | ||||||
タイトル | Effects of Element Substitution and Chemical Pressure on Rare-Earth Oxide RMnO3 | |||||
言語 | en | |||||
タイトル | ||||||
タイトル | 希土類酸化物RMnO3における元素置換効果と化学圧力効果 | |||||
言語 | ja | |||||
言語 | ||||||
言語 | eng | |||||
資源タイプ | ||||||
資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||
資源タイプ | doctoral thesis | |||||
ID登録 | ||||||
ID登録 | 10.15118/00010334 | |||||
ID登録タイプ | JaLC | |||||
アクセス権 | ||||||
アクセス権 | open access | |||||
アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||
著者 |
バオ, ジンファ
× バオ, ジンファ |
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抄録 | ||||||
内容記述タイプ | Abstract | |||||
内容記述 | ABO3型ペロブスカイトRMnO3(R:希土類元素)は同時に複数の秩序状態を持つマルチフェロイック物質として広く研究されている。本論文では、直方晶GdMnO3(空間群Pnma)と六方晶TmMnO3(P63cm)について、元素置換効果と化学圧力効果について調べた。GdMnO3のX線回折測定結果は、TN以下でAタイプの反強磁性であることを示しているが、Mnスピンは完全には反平行でなく、わずかにチルトしていることが知られている。これはキャント磁性あるいは弱強磁性と呼ばれている。この系のMnをCoで置換したGdMn1-xCoxO3の結晶構造は、0≦x≦1で直方晶系である。x=0.3,0.5,0.7では、転移温度Tcにおいて磁場中冷却(FC)磁化MFCは、温度低下とともにMnとCoモーメントのキャントの結果として急激に増加する。特に、x=0.3のMFCは約40Kで最大値を示し、温度の低下とともに急激に減少し、20K以下では負の磁化を示した。他方、重希土類酸化物TmMnO3は、反強磁性転移温度TNが41K, 強誘電転移温度TCが86Kである。この構造を持つRMnO3の結晶構造は、高圧合成により直方晶に変化することが知られているが、Coで置換したTmMn1-xCoxO3においてもその構造はxに依存して六方晶から直方晶系へ変化し、0.5≦xでは、直方晶単相(Pnma)を得た。TmMn1-xCoxO3のMFCは、温度の減少とともに、約60Kで強磁性的に増加し、0.6≦x≦0.7でも負の磁化を示す。しかし、x=0.8のMFCはもはや温度低下とともに強磁性的な増加を示さない。これらの温度低下に伴うTcでの強磁性的な磁化の増大は、Co置換による混合原子価状態の結果として理解できる。また負の磁化、すなわちスピン反転は、MnとCoモーメントに対するGdあるいはTmスピンの反強磁性的カップリングによって説明できる。我々はまた、GdやTm を非磁性希土類元素La、Y、Luで置換したGd1-yRyMn1-xCoxO3とTm1-yRyMn1-xCoxO3の物性についても調べた。Gd3+、Tm3+、La3+、Y3+、Lu3+のイオン半径の違いから、我々は、TmまたはGdを非磁性希土類元素で置換することによる単位格子体積(V)の変化による圧力効果を期待できる。Tm1-y(Y,Lu)yMn0.5Co0.5O3の調査から、いくつかの顕著な構造の詳細が得られた。Tm1-yLuyMn0.5Co0.5O3とTm1-yYyMn0.5Co0.5O3のVは、それぞれyの増加とともに減少と増加した。直方晶歪みを特徴づけるパラメータ(a-c)/aは、Tmイオンを置換するために、Luドープでは連続的に増加し、Yドープでは減少する。直方晶Tm1-y(Y,Lu)yMn0.5Co0.5O3におけるTmのYまたはLuによる置換は、系統的な単位格子体積の変化を誘起する。これは化学圧力効果である。磁化測定から、我々はMFCと単位胞体積の増加が転移温度TCにおける増加に寄与すると結論する。直方晶Gd1-yRyMn0.7Co0.3O3(R=非磁性希土類元素) のy=0.1,0.3,0.5についても、化学圧力効果の研究を行った。Gd1-yRyMn1-xCoxO3におけるGdのLa,Y,Lu置換は、単位胞体積の系統的な変化を誘起する。我々の結果は、化合物の希土類元素の平均イオン半径の増加あるいは減少が、磁気転移温度TCに影響することを示す。非磁性元素による置換で生じたGdの割合の減少は、スピン反転効果を弱める。 | |||||
言語 | ja | |||||
抄録 | ||||||
内容記述タイプ | Abstract | |||||
内容記述 | The ABO3 type perovskite RMnO3 (R: rare-earth element) has investigated extensively as the multiferroic materials which possess two or more types of orders simultaneously. In this thesis, we investigated the effect of element substitution and chemical pressure in orthorhombic GdMnO3 (space group Pnma) and hexagonal TmMnO3 (P63cm). The X-ray diffraction measurement results of GdMnO3 shows A-type antiferromagnetism is below TN, but it is known that Mn spins are not perfectly antiparallel, but exist with a slight tilt. This is called cant magnetism or weak ferromagnetism. The crystal structure of GdMn1-xCoxO3 is orthorhombic for 0≤x≤1.0. For x=0.3, 0.5, and 0.7, at the ordering temperature TC, the field-cooled (FC) magnetization MFC rapidly increase which results from cating of the Mn and Co moments with decreasing temperature. Especially, MFC for x= 0.3 showed maximum values at 40K, decreased rapidly with decreasing temperature and showed a negative magnetization blow 20K. On the other hand, the heavy rare earth oxide TmMnO3 is that an antiferromagnetic transition temperature TN is 41K, and ferroelectric transition temperature TC is 86K. It is known that the crystal structure of RMnO3 having this structure changes to the orthorhombic (Pnma) by performing high-pressure synthesis, but even in TmMn1-xCoxO3 with substitution by Co the structure changes from hexagonal to an orthorhombic, and we can obtain an orthorhombic single phase (Pnma) at 0.5≤x. MFC of TmMn1-xCoxO3 was increase in ferromagnetically at about 60K with decreasing temperature, and also showed negative magnetization in 0.6≦x≦0.7. but MFC for x=0.8 no longer showed a ferromagnetic increase with decreasing temperature. The increase in ferromagnetic magnetization with decreasing temperature at TC can be understood as a result of the mixed-valence state due to Co substitution. The negative magnetization observed in both samples, so-called the spin reversal, can be explained by the antiferromagnetic coupling of the Gd or Tm spin to the Mn and Co moments. We also investigated Gd1-yRyMn1-xCoxO3 and Tm1-yRyMn0.5Co0.5O3 (R: nonmagnetic rare-earth element) with substitution by nonmagnetic rare- earth elements La, Y, Lu. We can expect the chemical pressure effect due to the unit-cell volume (V) change by substituting Tm or Gd with nonmagnetic rare-earth elements. From Tm1-y(Y, Lu)yMn0.5Co0.5O3 observation we can obtained some remarkable structural details: owing to the ion radii, V of Tm1-yLuyMn0.5Co0.5O3 and Tm1-yYyMn0.5Co0.5O3 decreases and increases with increasing y, respectively; the parameter (a−c)/a, which is characterizes the orthorhombic distortion, continuously increases on Lu doping and decreases on Y-doping due to the substitution of Tm ions. Substitution of Tm with Y or Lu in orthorhombic Tm1-y(Lu, Y)yMn1-xCoxO3induces a systematic unit-cell volume change. This is the chemical pressure effect. From the magnetization measurement, we conclude that an increase of MFC and the unit-cell volume is responsible for the increase in transition temperature TC. We also studied the effects of chemical pressure with orthorhombic Gd1-yRyMn1-xCoxO3 (y = 0.1, 0.3, and 0.5). The substitution of Gd with La, Y, or Lu in Gd1-yRyMn1-xCoxO3 induced a systematic change in the unit-cell volume. Our results reveal that increasing or decreasing the average ionic radius of the rare-earth element in the compound affects the magnetic ordering temperature TC. The reduction in the proportion of Gd owing to substitution by nonmagnetic elements weakens the spin reversal effect. | |||||
言語 | en | |||||
学位授与機関 | ||||||
学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||
学位授与機関識別子 | 10103 | |||||
言語 | ja | |||||
学位授与機関名 | 室蘭工業大学 | |||||
言語 | en | |||||
学位授与機関名 | Muroran Institute of Technology | |||||
学位名 | ||||||
言語 | ja | |||||
学位名 | 博士(工学) | |||||
学位の種別 | ||||||
言語 | ja | |||||
値 | 課程博士 | |||||
学位授与番号 | ||||||
学位授与番号 | 甲第454号 | |||||
報告番号 | ||||||
言語 | ja | |||||
値 | 甲第454号 | |||||
学位記番号 | ||||||
言語 | ja | |||||
値 | 博甲第454号 | |||||
研究科・専攻 | ||||||
言語 | ja | |||||
値 | 工学専攻 | |||||
学位授与年月日 | ||||||
学位授与年月日 | 2020-09-24 | |||||
日本十進分類法 | ||||||
主題Scheme | NDC | |||||
主題 | 428 | |||||
著者版フラグ | ||||||
出版タイプ | VoR | |||||
出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||
フォーマット | ||||||
内容記述タイプ | Other | |||||
内容記述 | application/pdf |