CoxTi1－xO2－δ体材中氢退火引起的铁磁性及结构相变

孔令刚; 康晋锋; 王  漪; 刘力锋; 刘晓彦; 张  兴; 韩汝琦

doi:10.7498/aps.55.1453

摘要
利用固相反应法在700℃—1000℃不同的温度下、空气中烧结Co3O4 和TiO2混合物，制备了(Co3O4)x/3(TiO2)1-x(03，说明Co3O4与TiO2反应形成了CoT iO3；同时，在700 ℃低温和900 ℃以上的高温烧结样品中分别观察到了单相的锐钛矿和金红石相结构.经高低温烧结的样品在500 ℃氢退火后，CoTiO3相消失，锐钛矿相的CoxTi1-xO2-δ形成.X射线光电子能谱(X PS)分析显示，氢退火样品中的Co以+2氧化价态存在，同时没有观察到金属态的Co，这说明氢退火样品中的室温铁磁性不是源于金属Co颗粒的形成，而是与钙钛矿结构的CoTiO3相的消失和锐钛矿型的CoxTi1-xO2-δ相的形成有关.(Co3O4)x/3(TiO2)1-x( 0xTi1-xO2-δ相的本征铁磁性，伴随着结构相变而产生的Co离子之间的铁磁交换相互作用或许是样品室温铁磁性产生的根本原因.

关键词:
室温铁磁性 /

结构相变 /

锐钛矿 /

氢退火
Abstract
Paramagnetic (Co3O4)x/3(TiO2)1- x(03O4 and TiO2 from 700 ℃ to 1000 ℃ in air. X-ray diffraction (XRD) re sults showed that perovskite CoTiO3 existed in all samples. Anatase p hase was also detected in samples sintered at 700 ℃ and when sintering the mixt ure at above 900 ℃, rutile phase formed with anatase phase disappearing. All sa mples exhibited room-temperature ferromagnetism (RTFM) after being hydrogenated in 10％ H2/Ar mixed atmosphere for 1 hour at 500 ℃. X-ray photoelect ron spectroscopy (XPS) showed that Co existed in the +2 formal oxidation state, and no Co clusters were detected. XRD showed that CoTiO3 disappeared and a new phase CoxTi1-xO2-δ formed after hyd rogenation. It is suggested that hydrogenation causes the phase transformation f rom CoTiO3 to CoxTi1-xO2-δ. RTFM of the sample originates from the intrinsic ferromagnetism of CoxTi1-xO2-δ. The exchange interaction between Co2+ occ urring with the phase transformation may be the essential reason for RTFM.

Keywords:
room-temperature ferromagnetism /

phase transformation /

anatase /

hyd rogenation
作者及机构信息
孔令刚,

康晋锋,

王漪,

刘力锋,

刘晓彦,

张兴,

韩汝琦

1.
北京大学微电子学研究所,北京 100871

基金项目: 国家高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20040001026)和国家自然科学基金(批准号: 10234010)资助的课题.
Authors and contacts
Kong Ling-Gang,

Kang Jin-Feng,

Wang Yi,

Liu Li-Feng,

Liu Xiao-Yan,

Zhang Xing,

Han Ru-Qi

1.
北京大学微电子学研究所,北京 100871
参考文献

施引文献

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Room-temperature ferromagnetism in bulk CoxTi1－xO2－δ induced by the phase transformation in the hydrogenation sintering process

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