钙钛矿锰氧化物的B位掺杂效应

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以锰氧化合物为代表的巨磁阻材料,由于他们所表现出的超大巨磁阻效应(Colossal Magnetoresistance)在提高磁存储密度、研究磁致冷器件以及磁敏探测元件上具有十分广泛的应用前景,因而受到人们的广泛关注。同时,这类材料还表现出诸如磁场或光诱导的绝缘-金属相变、磁阻记忆效应、电荷轨道有序、电子相分离等十分丰富的物理内容,一旦解决巨磁阻微观机制方面的难题,必将会对凝聚态物理的许多领域起到重要的推动作用。本论文主要通过掺杂来研究锰氧化合物的B位掺杂效应,以及不同离子之间的相互作用。整个论文分为四章。第一章综述了磁电阻效应的历史与研究进展。首先简要介绍了各种具有磁电阻效应的材料及特点,然后重点对钙钛矿锰氧化物的物理性质作了详细的介绍,其中包括晶体结构,磁结构,电子结构,输运行为,电荷有序态,相分离现象,等等。第二章La0.5Sr0.5MnO3和La0.45Sr0.55MnO3体系Ru掺杂效应的研究。我们研究了铁磁母体的体系La0.5Sr0.5Mn1-xRuxO3(0≤x≤0.15)和反铁磁母体的体系La0.45Sr0.55Mn1-yRuyO3(0≤y≤0.50)的Ru离子掺杂效应。X射线光电子能谱显示在体系中Ru离子大部分呈+4价,还有小部分呈+5价。对于低掺杂样品0.05≤x(y)≤0.15(0.20),随着Ru掺杂TC上升,铁磁性增强,但TC与绝缘-金属转变温度TIM不一致。随着Ru掺杂继续增加,TC下降,体系的绝缘性增强。这些结果表明Mn3+和Ru4+(Ru5+)之间存在相互作用。电子自旋共振谱实验(ESR)更直接证实了这个作用是铁磁作用。第三章La1-xSrxMn1-xRu1-xO3体系中Mn3+和Ru4+之间的双交换作用。我们设计了La1-xSrxMn1-xRu1-xO3体系,在LaMnO3中同时掺杂Sr和Ru,这样可以避免Mn4+和Ru5+离子的产生,排除价态涨落的影响,单独的研究Mn3+和Ru4+之间的相互作用。我们研究了未退火和经过退火的La1-xSrxMn1-xRu1-xO3(0≤x≤0.80)体系的结构、磁性和输运性质。在未掺杂和低掺杂区(0≤x≤0.10),退火处理抑制了体系的铁磁性,这表明由于有过量氧的存在,体系中形成了Mn3+-Mn4+之间铁磁双交换,但在中掺杂区(0.15≤x≤0.60),退火处理对体系的居里温度TC几乎没有影响,这表明体系中过量氧已经消失,这时Mn4+不存在。M(T)曲线TC随着掺杂而上升,ρ(T)曲线的拐点温度Tp与M(T)曲线的TC一致,以及x=0.40样品在TC附近出现磁阻极大值现象,都表明Mn3+和Ru4+之间的相互作用是铁磁双交换作用。第四章Nd0.70Sr0.30MnO3的Ga掺杂效应。我们研究了Nd0.7Sr0.3Mn1-xGaxO3(0≤x≤0.20)体系的结构、磁性和输运性质。对于母体和低掺杂样品0≤x≤0.11,在TC以下形成了很好的长程铁磁序,并在TC以上产生了Griffiths奇异。当x超过0.12时,随着Ga的掺杂,体系在低温区发生了一个从长程铁磁金属相向簇自旋玻璃(CGS)绝缘态的转变,这是由Ga掺杂引起的空穴局域以及无序导致的。
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