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碱土金属元素离子掺杂的钙钛矿型锰氧化物R<,1-x>A<,X>MnO<,3>因其表现出的超大磁电阻(colossalmagnetoresistance,CMR)效应和电荷有序态(charge-orderedstate)而受到人们的关注.由于该体系是自旋、电荷、轨道和晶格自由度高度关联的强关联体系,各种相互作用(如双交换作用、电—声子相互作用、自旋—声子相互作用等)以及它们之间的相互竞争导致了复杂的电磁和结构相图以及各种有趣的物理现象如电荷、自旋和轨道有序,相分离等.该类材料在低掺杂(0.2≤x≤0.5)时通常会出现的从顺磁绝缘态到铁磁金属态的转变以及与之相关的CMR效应基本上能在双交换作用模型和Jahn-Teller电—声子相互作用而形成的极化子效应的基础上得以较好地解释,然而在高掺杂(0.5≤x≤0.875)时出现的电荷、自旋和轨道有序产生的物理机制一直是一个广泛研究且尚未解决的问题.电子之间的长程库仑相互作用和(或)Jahn-Teller电—声子相互作用被认为是产生电荷、自旋和轨道有序可能的主要原因,超交换作用也被认为对于稳定电荷有序态有十分重要的作用.该论文正是围绕着锰氧化物电荷有序态产生的物理机制而展开研究的,我们选取典型的具有电荷有序态的R<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>(R=La,Pr)作为研究对象,采用各种实验手段研究了电荷有序态下的合作Jahn-Teller效应与电荷有序态稳定性、晶体结构、磁结构、轨道序、相分离等的相互关系,试图去揭示该类材料电荷有序态产生的物理本质.该论文的章节安排如下:第一章介绍了钙钛矿型锰氧化物的研究历史;晶体结构;动态,静态和合作Jahn-Teller效应;磁结构和轨道序;电子结构和双交换作用;金属—绝缘体转变以及与之相关的一些物理效应如氧同位素效应,巨压阻效应,磁致伸缩等;电荷有序态和电荷有序态下的双条纹相和"Wigner-crystal"相;电荷有序相变时的一些物理性质的异常行为;影响电荷有序态稳定性的因素;最后介绍了La<,1-x>A<,x>MnO<,3>(A=Ca,Sr)和R<,1-x>A<,x>MnO<,3>(R=Pr,Sm,A=Ca,Sr)体系的电磁相图.第二章是该论文的重点,主要通过测量La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>(0.5≤x≤0.9)体系在强磁场下的电磁输运性质,超声声速和衰减,内耗与切变模量,比热,晶格常数等物性来研究电荷有序态下的合作Jahn-Teller效应与电荷有序态稳定性、晶体结构、磁结构、轨道序、相分离等的相互关系.我们发现La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>在电荷有序态下存在大的合作Jahn-Teller晶格畸变和强的电—声子相互作用,Jahn-Teller晶格畸变的大小和电—声子相互作用的强度是随着Ca<2+>离子掺杂量的变化而变化,在x=0.75左右它们都达到最大值,这种大的合作Jahn-Teller晶格畸变有利于稳定电荷有序态.特别是,我们发现La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>在电荷有序态下随着Ca<2+>离子掺杂量从x=0.5增大到了x=0.75,合作Jahn-Teller晶格畸变的畸变模式从Q<,2>模式逐渐转变到Q<,3>模式,这种晶格畸变模式的转变直接导致了电荷有序态下的磁结构从CE-型转变至C-型,轨道序从3d<,x<2>-y<2>>/3d<,y<2>-r<2>>转变到3d<,z<2>-r<2>>,晶体结构从压缩的正交对称性转变到拉伸的正交对称性.与此同时,体系的铁磁性减弱,相分离倾向减小,晶格畸变增大,电荷有序态稳定性增强.这些实验结果强烈表明合作Jahn-Teller效应是La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>中电荷有序态产生的主要驱动力和物理本质.第三章主要研究Pr<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>(0.5≤x≤0.875)体系在电荷有序态下的合作Jahn-Teller效应与电荷有序态稳定性之间的关系.通过测量该体系在强磁场下的电输运、结构和超声性质,我们发现Pr<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>中电荷有序态的稳定性与合作Jahn-Teller晶格畸变的大小有十分密切的联系.Pr<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>在电荷有序态下的导电机制可以用可变程跃迁模型进行很好地描述.第四章主要研究Nd<,0.5>Sr<,0.5>MnO<,3>在金属—绝缘体转变和电荷有序相变附近的超声行为.我们发现在金属—绝缘体转变和电荷有序相变温度以下均出现巨大的声速硬化,前者与居里温度以下的自旋—声子耦合和Jahn-Teller晶格畸变的减小有密切关系,而后者是由于在电荷有序态下形成了长程的静态Jahn-Teller晶格畸变(即合作Jahn-Teller晶格畸变)的结果.