简析铬掺杂Pr0.5Sr0.5MnO3体系的结构和弹性行为，在巨磁电阻中的作用
前言：采用溶胶-凝胶技术，以纯金属硝酸盐为起始材料制备了一系列巨磁电阻材料，其化学组成公式为Pr0.5Sr0.5Mn1-xCrxO3。通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜对这些样品进行了结构表征。
所有样品均表现为正交晶体结构，没有检测到杂质。通过压制制备的样品测量了所有组分的体积密度。使用实验测得的室温超声纵波和剪切波速度，采用脉冲传输技术计算了所有组分的杨氏模量、刚度模量、泊松比和德拜温度。
由于材料具有多孔性，还使用广为人知的Hasselmann和Fulrath模型计算了零孔隙弹性模量。对随着铬掺杂浓度的变化而观察到的弹性模量变化进行了定性研究。
巨磁电阻锰酸盐具有在低温，表现出金属导电性与铁磁行为的共存能力，以及在高温表现出绝缘性与顺磁行为的特性。双重交换机制来解释这些材料中金属导电性和铁磁性之间的相关性，单单的双重交换机制无法解释Tc以下电阻率的下降幅度。
电子-声子耦合也可能在CMR材料中扮演重要角色，CMR材料展现出的这种引人入胜、富有活力的特性吸引了研究界对其结构、磁性和电传输特性以及它们在存储设备等领域的潜在应用进行深入研究。
在这些CMR材料中，半掺杂锰酸盐的带电序相，化学组成为R0.5A0.5MnO3（R = La、Pr、Sm、Nd；A = Sr、Ca），表现出有趣的现象，如电荷、轨道和自旋有序，以及磁场和电场驱动的相变。
将Cr掺入Mn位点是改变电荷有序/轨道有序和反铁磁绝缘相的有效方式。由于Cr3+离子与Mn4+离子等电子数相同，Mn位点替代Cr在锰酸盐中引起了极大的兴趣。在Mn位点引入Cr等磁性杂质可以有效诱导绝缘性反铁磁性R0.5A0.5MnO3同时具有金属性和铁磁性。
铬是在电荷有序非掺杂绝缘体中，诱导金属绝缘体转变和更高CMR效应的最有效的掺杂物之一。研究弹性行为对于理解其中原子间和离子间力的性质具有特殊重要性，弹性模量值的一般概念，用于表征材料的机械强度、断裂韧性和抗热震性，将有助于研究陶瓷钙钛矿在受到强磁场作用时可能发生的高应变。
超声速度测量技术是一种无损的技术，不仅对研究固体中微观过程的缺陷非常敏感，而且还是确定弹性常数的最常见技术。采用纯金属硝酸盐作为起始材料，通过溶胶-凝胶法合成了多晶Pr0.5Sr0.5Mn1−xCrxO3样品。
这些样品的组成分别被命名为PSMCO-0、PSMCO-1、PSMCO-2、PSMCO-3和PSMCO-4，这些粉末在空气中经过1100°C的焙烧处理8小时，然后在1300°C的条件下烧结4小时。使用菲利浦专家衍射仪在室温下，通过在2θ范围为20°-80°的条件下进行粉末X射线衍射进行了结构表征。
通过浸渍法计算了所有样品的体积密度，利用这些体积密度和X射线密度，测量了孔隙度值。对样品的微观结构进行了扫描电子显微镜研究。傅里叶变换红外光谱在Jasco FTIR光谱仪上记录，波数范围为400 - 4000 cm^-1。
采用超声脉冲传输技术，使用脉冲发生器RPR-4000，计算了纵波和剪切波速度值。脉冲振荡器产生射频脉冲，发送换能器将其转化为声脉冲。这些声脉冲传播通过厚度约2.5毫米、直径约10毫米的圆盘状测试样品，然后在接收换能器处将这些脉冲转化为电信号。
放大的输出信号显示在存储示波器上。使用具有产生1兆赫超声信号能力的石英换能器，分别用于生成和检测信号。可以使用X和Y切割的换能器分别生成纵波和剪切波信号。使用100兆赫数字存储示波器测量了超声传播时间，精确度为1微秒。
这些速度测量的总体准确性约为0.25%，弹性模量约为0.5%。超声脉冲传输技术的模块图，所有样品的X射线衍射图案。对XRD数据进行系统研究明确显示，所有样品都是单一相，没有明显的杂质。
结语：采用Rietveld精修技术，假定为正交晶体结构来分析XRD数据，PSMCO-0样品的Rietveld精修拟合图。所有样品的精修参数，在晶格参数方面，没有观察到Cr掺杂引起的系统变化，这可能归因于Cr3+和Mn3+的离子半径之间存在微小差异。
使用扫描电子显微镜对所有样品进行了微观结构研究，样品的微观图像。值得注意的是，母体化合物PSMCO-0的晶粒尺寸较小，位于50 - 80纳米的范围内。从微观图像中还可以看到，所有样品的晶粒形状没有特定的模式。有趣的是，随着铬含量的增加，晶粒尺寸也增加了。
