1.5　本書研究的內容

從晶體學的角度上講，ABO₃型稀土復合氧化物對A位與B位陽離子半徑和價態具有相當大的容忍性，為材料摻雜改性和新體系的設計合成提供了便利，被認為是制備氧化物功能材料的“萬能母體”之一。從物理學的角度上講，ABO₃型稀土復合氧化物具有異常豐富的磁電性質，部分體系顯示出優異的物理效應，如巨磁阻效應和多鐵性等。這些突出的優點使ABO₃型稀土復合氧化物成為當前功能材料和凝聚態物理等領域的研究熱點和前沿。

目前，ABO₃型錳鐵基稀土復合氧化物因其磁阻效應和多鐵性而受到越來越多的關注。其中，受關注度較高的有正交稀土錳酸鹽R_1-xA_xMnO₃（R為稀土元素，A為堿土金屬元素、堿金屬元素等），正交稀土鐵氧體（即稀土正鐵氧體）RFeO₃（R為稀土元素），六方稀土錳酸鹽RMnO₃（R為稀土元素）等。目前，關于上述幾類材料的研究，大多是建立在高溫合成的基礎之上的，比如固相燒結法、溶膠凝膠法等。正交稀土錳酸鹽R_1-xA_xMnO₃和正交稀土鐵氧體RFeO₃屬亞穩相，高溫方法難以合成。即使在特殊條件下可以部分合成，也難以避免非正交雜相共存。受材料合成的限制，關于正交稀土錳酸鹽R_1-xA_xMnO₃和正交稀土鐵氧體RFeO₃的研究還有待深入，一些體系的結構相圖和磁相圖還尚未建立，具有較大的研究空間。水熱合成為制備亞穩相晶體材料開辟了一條新的途徑，能夠合成許多高溫下難以合成或者需要特殊條件才能合成的亞穩相。另外，水熱合成還具有合成溫度低，產物結晶度高、形貌規整、粒度分布窄、表面缺陷少、晶體取向好等諸多優點。眾所周知，不同合成方法常會導致產物在形貌、尺寸、結晶度、缺陷、表面狀態等方面產生差異，而使其在物理性質上表現出一定的不同。

在近幾年多鐵性材料蓬勃興起和磁阻材料快速發展的背景下，本書選取與之相關的典型材料體系——ABO₃型錳鐵基稀土復合氧化物作為研究對象和論述內容，具體分為正交Y_1-xCa_xMnO₃、正交RFeO₃（R為稀土元素）、正交RMn_0.5Fe_0.5O₃（R為Tb、Dy、Ho）和六方RMn_1-xFe_xO₃（R為Er、Tm、Yb、Lu）四個子體系。采用水熱技術合成結晶狀態良好、形貌規整的單相晶體產物，對其晶格結構、化學組成、元素價態、微觀形貌與磁電性質進行表征與研究，探討相關機理。這將對低溫條件下晶體材料特別是亞穩相的合成，對ABO₃型錳鐵基稀土復合氧化物基本性質的研究，對巨磁阻和多鐵性磁電功能材料的應用研究等具有一定推動作用；具有較大的基礎研究意義。

基于以上，本書研究的內容如下。

①以共線E型反鐵磁序、電荷有序型正交錳氧化物多鐵性/磁阻材料為研究背景，采用水熱技術合成系列鈣摻雜的正交錳酸釔（Y_1-xCa_xMnO₃）單相晶體產物；研究合成條件對產物生成的影響，分析產物生成機制；表征產物的晶體結構、化學組成與微觀形貌；表征產物的磁性質、磁電阻性質與電荷輸運性質；分析討論相關機理。

②以第二類多鐵性材料RFeO₃（R為Pr～Lu）豐富的磁有序為研究背景，采用水熱技術合成正交結構稀土正鐵氧體RFeO₃（R為Pr～Lu）單相晶體產物；研究合成條件對產物生成的影響，分析產物生成機制，總結出最佳合成條件；表征產物的晶體結構與微觀形貌；表征產物的磁相變，包括Fe3+的反鐵磁轉變、自旋重取向轉變、磁化強度反轉及R3+的磁有序轉變等；比較水熱合成產物在自旋重取向等磁性質上的變化；分析討論相關機理。

③采用水熱技術合成B位錳、鐵雙摻雜的正交結構復合氧化物RMn_0.5Fe_0.5O₃（R為Tb、Dy、Ho）單相晶體產物；研究合成條件對產物生成的影響；表征產物的晶體結構、微觀形貌、化學組成與元素價態；表征產物的自旋重取向等磁行為；分析討論相關機理。

④采用水熱技術合成B位Fe摻雜的幾何阻挫型六方稀土錳氧化物h-RMn_1-x Fe_xO₃（R為Er、Tm、Yb、Lu）；研究合成條件對產物生成的影響；表征產物的晶體結構、微觀形貌與化學組成；表征產物的磁行為，分析Fe摻雜等因素對晶格結構和反鐵磁轉變溫度的影響。