钙钛矿钴氧化物的CMR效应及相关物性研究

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近些年来,以庞磁电阻效应著称的ABO3型钙钛矿氧化物得到了飞速的发展。它的出现不仅推动了自旋电子学的发展,而且在其自旋电子产业应用方面更是有着广阔的应用前景。具体来讲,它是一种聚光、电、磁等特性为一体的庞磁电阻(CMR)功能材料。在自旋电子学产业方面的应用主要表现在:光电池、微电子技术、磁传感磁存储等方面。随着人类信息时代的快速发展以钙钛矿氧化物为代表的庞磁电阻材料更是受到了人们的青睐。继人们先后在钙钛矿锰氧化物和钴氧化中发现庞磁电阻效应以来,尤其是钴氧化物中Co离子自旋态转变的发现以及在不同的外界条件下如:温度、压强、掺杂等表现出不同的自旋转变。但是具体向那个自旋态转变长期以来一直存在很大的争议。这使钙钛矿钴氧化物材料表现出了丰富的物理现象如:自旋态转变、电荷有序、轨道有序、金属-绝缘体的转变、自旋玻璃态、相分离等。这涉及到自旋电子学的许多基本问题,一旦将这些问题能从微观物理机制上解决了,将具有重要的学术研究意义。  本研究主要内容包括:⑴通过对纯LaCoO3采用LSDA+U和GGA+U两种计算方法得到:对于过渡金属氧化物LSDA+U算法比GGA+U算法更精确,这为我们理论计算部分提供了精确的理论基础。⑵使用浓度分别为8.33%和16.67%的Ga元素掺杂后,分析得出的能带图显示:未掺杂时LaCoO3有一个1.014eV的直接带隙;当掺杂浓度为8.33%时能隙值明显减小到0.495eV;再提高掺杂比到16.67%时显然没有了带隙,并且形成了一定的半金属性。产生了一个0.933eV的半金属能隙。除此之外,随着掺杂元素Ga含量的提高,体系发生了由未掺杂前的非磁性绝缘体向半金属再到磁性金属的转变。并且对光学性质部分的研究表明掺杂后体系对低频和高频电磁波的吸收都有所升高。⑶LaCo1-yGayO3(y=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)多晶样品,测量的相关结果表明:随着Ga浓度的增大样品磁性明显减少。这只要是因为Ga的掺入对样品起到了稀释作用。其次,在低温下样品具有复杂的磁结构:该系列样品大体上都呈现了顺磁性质,但也有极小一部分表现出了微弱的铁磁和对用的反铁磁。再者,对于掺杂浓度较大的样品磁化强度锐减的原因极有可能是由于样品中的Co3+发生的自旋态变化引发的。⑷Ga掺杂的La2/3Sr1/3Co1-yGayO3体系在低温区存在着复杂的磁结构和相分离现象。而且测量的不带场降温的磁化曲线ZFC和带(H=200Oe)磁场的磁化特性线表明:不同掺杂量的居里温度转变点与掺杂量的多少有关,掺杂比越大居里点降低。另外,在高浓度区出现了互相作用的反铁磁。产生这一现象的原因是外来元素的加入阻碍了原来体系的铁磁互相作用。
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