稀土空位（La1xyYy）23Ca13MnO3系的磁电阻效应

南昌大学硕士学位论文稀土空位（La,1-x-yY,y）,2/3Ca,1/3MnO,3系的磁电阻效应及磁热效应的研究姓名：李小怡申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：罗广圣20060601稀土空位（La,1-x-yY,y）,2/3Ca,1/3MnO,3系的磁电阻效应及磁热效应的研究作者：李小怡学位授予单位：南昌大学相似文献(10条)1.学位论文张保敏钙钛矿结构锰氧化物基态特性研究2008钙钛矿结构锰氧化物有丰富的相图，优异的电子极化特性，应用潜力极大的CMR效应，自从90年代初以来，钙钛矿结构锰氧化物一直是凝聚态物理中的一个热门领域。对钙钛矿结构锰氧化物的电子结构，晶格结构的深入了解，可以帮助我们更好的理解其复杂的电磁相图，输运等特性，以方便现在和将来这类材料在人们的日常生活或工农业生产等多方面的应用。100％的电子自旋极化率使得该材料可以作为理想的自旋从无机注入无机或有机半导体的注入源；CMR特性使该类材料能够制成潜力巨大且性能优异的p-n结，还可以作为场效应器件。钙钛矿结构锰氧化物这一复杂体系中包含各种复杂的相互作用：最近邻格点eg电子之间的跃迁，同一格点上eg电子自旋和局域t2g电子自旋间强的Hund耦合作用，最近邻t2g电子间的反铁磁耦合作用，eg电子间的库仑作用项，eg电子和声子的耦合互作用。活跃在钙钛矿结构锰氧化物这一领域的许多小组为了对该类材料进行详细的研究，他们提出了许多不同的合理方法和模型，如单轨道模型，双轨道模型等等。基于现有的模型并融合我们对钙钛矿结构锰氧化物这一复杂体系在z轴方向的各种性质的深刻理解，我们提出了简单的一维单轨道模型，文中我们详细介绍了哈密顿量的各部分物理含义和二次量子化下的表达式，并给出了本征方程的求解过程。在我们简单的一维单轨道模型下，选取合适的参数，我们给出了许多研究成果，低掺杂浓度下的反铁磁-铁磁相变，体系在反铁磁态时的两相共存，以及无序对体系自旋分布的影响等等，尤其是体系在反铁磁态时的两相共存，这非常符合许多实验和理论预言。人们对钙钛矿结构锰氧化物的研究已经取得了巨大进步，大量的理论和实验使得人们认识到，单纯的双交换模型不能给出钙钛矿结构锰氧化物复杂的相图，更不能给出体系电荷，轨道，自旋，及晶格的相互作用的本质。在该领域仍然有许多问题等待我们去解决，例如，在相图中，FM态的本质是什么；在一些钙钛矿结构锰氧化物中出现的玻璃态是一种标准的自旋玻璃还是一种所谓的相分离的玻璃；钙钛矿结构锰氧化物中直流电阻的温度依赖特性还没有被充分的为人们所理解，等等。我们相信，随着人们对钙钛矿结构锰氧化物这一复杂体系的认识的不断深入，许多问题会迎刃而解，但同时会有不少新的问题出现，但人们的认识会有日新月异的进步；随着人们对这类材料的认识的不断深入，这类材料的应用也将会越来越广泛，这必将极大的推动人类社会的进步!2.学位论文刘莉钙钛矿锰基氧化物的电、磁性质及掺杂效应2005钙钛矿结构锰氧化物由于具有庞磁电阻效应而引起人们的广泛关注，这不仅是因为庞磁电阻具有巨大的潜在应用前景，而且对其起因的了解涉及到很多基础性的物理问题。继在无限层钙钛矿结构(ABO3型)锰氧化物中发现庞磁电阻效应后，人们在双层钙钛矿结构(Sr3Ti2O7型)锰氧化物中也观察到类似的效应。但相对于前者，对后者研究的报道较少。这一方面是因为，相对于无限层钙钛矿锰氧化物，获得高质量的双层钙钛矿锰氧化物的单相样品要困难得多；另一方面，双层钙钛矿锰氧化物相对于无限层钙钛矿锰氧化物有更复杂的物理问题。本论文重点研究双层钙钛矿锰氧化物的成相条件及其电子输运、磁性、磁电阻以及掺杂效应等，主要内容及结果如下：概述了磁电阻效应和磁电阻材料的研究进展，重点介绍了无限层及双层钙钛矿锰氧化物的晶体结构、电磁特性及磁电阻效应等。对两类钙钛矿结构锰氧化物进行了综合性比较，在此基础上，提出了本论文的选题和研究内容的基本思路。为探讨双层钙钛矿锰氧化物的成相条件，我们首先从样品制备工艺上探讨了无限层钙钛矿锰氧化物的成相条件。对固相反应法制备的样品，需要高的烧结温度(~1400oC)，才可得到具有无限层钙钛矿结构的锰氧化物单相多晶样品，而对溶胶－凝胶法制备的样品，可在很宽的烧结温度(600-1400oC)范围内获得具有无限层钙钛矿结构的锰氧化物单相多晶样品。X-ray衍射和显微结构分析表明，在我们所选择的烧结温度范围内，尽管烧结温度对无限层钙钛矿结构相的形成没有明显影响，但烧结温度强烈影响颗粒尺寸，随着烧结温度的降低，颗粒尺寸减小，因此增加颗粒边界效应，这直接影响到样品的电子输运行为。基于无限层钙钛矿锰氧化物的制备工艺，探讨了双层钙钛矿锰氧化物的成相条件。对名义组分为La4/3Ca5/3Mn2O7的样品，尽管进行了大量工艺探索，但未能获得双层钙钛矿型的结构，结合结构分析，我们认为这主要是因为，按名义组分La4/3Ca5/3Mn2O7制备的样品易于形成La2/3Ca1/3MnO3和CaO的复合物。对名义组分为La4/3Sr5/3Mn2O7的样品，虽然可形成双层钙钛矿型的结构，但对烧结温度和时间的要求非常苛刻。过高的烧结温度和过长的烧结时间会导致ABO3型相在样品表面形成，并且烧结温度越高、烧结时间越长，ABO3型相往样品里面的渗透深度越深。过低烧结温度得到的样品主要由ABO3型相和K2NiF4型相组成。在大量制备工艺探索的基础上，得到适于形成双层钙钛矿型结构的La4/3Sr5/3Mn2O7样品的最佳烧结温度和烧结时间分别为1400oC和12h。由此我们成功地制备出高质量的、具有双层钙钛矿结构的La4/3Sr5/3Mn2O7多晶样品。实验上研究了钙钛矿结构锰氧化物的电子输运、磁性、磁电阻等性质随温度和磁场的变化行为。对于无限层钙钛矿锰氧化物La2/3Ca1/3MnO3样品，随着颗粒尺寸的减小，绝缘体?金属转变温度逐渐降低，虽然顺磁?铁磁转变温度基本上保持不变，但是磁转变温区变宽，饱和磁化强度减小，转变温度附近与Mn自旋取向有关的本征磁电阻效应逐渐减小，转变温度以下与自旋极化隧道有关的非本征的磁电阻效应逐渐增加。对于名义组分为La4/3Ca5/3Mn2O7的样品，其电子输运、磁性及磁电阻性质都非常类似于La2/3Ca1/3MnO3样品，并且磁转变温度也非常接近于La2/3Ca1/3MnO3的转变温度。我们认为这种相似性是由于La4/3Ca5/3Mn2O7样品是由La2/3Ca1/3MnO3和CaO组成的。对于无限层钙钛矿锰氧化物La2/3Sr1/3MnO3样品，其电子输运和磁性质以及磁电阻性质也都非常类似于La2/3Ca1/3MnO3样品，然而与La2/3Sr1/3MnO3形成鲜明对比的是，具有双层钙钛矿结构的La4/3Sr5/3Mn2O7样品的磁转变温度远低于La2/3Sr1/3MnO3的磁转变温度，并且La4/3Sr5/3Mn2O7的磁电阻效应不但在转变温度附近出现磁电阻峰，而且在转变温度以下很宽的温区范围内磁电阻值较大，并且磁电阻的大小几乎不随温度改变，这种转变温度以下较大的磁电阻是由电子在相邻的(MnO2)2层之间隧穿产生的。对于有ABO3型相在表面形成的样品，我们有意地对有表面存在和去掉表面层的样品的电输运性质进行了研究。有表面存在的样品，绝缘体?金属转变温度在200K以上，电阻率较小，去掉表面层的样品，绝缘体?金属转变温度在120K左右，电阻率较高。La4/3Sr5/3Mn2O7与La2/3Sr1/3MnO3性质上的差异主要是由结构的不同引起的。在成功制备双层钙钛矿结构的La4/3Sr5/3Mn2O7样品的基础上，我们在La、Sr和Mn位进行了掺杂，研究掺杂对其结构及电输运性质的影响。研究结果表明：少量小离子半径的Ca和大离子半径的Ba替代Sr均可以显著提高系统的磁电阻效应，但是当Ca的含量大于50﹪或者Ba的含量大于20﹪时，Sr3Ti2O7型结构不稳定，会发生相分离而生成ABO3型锰氧化物；La位和Mn位的掺杂一般都会引起绝缘体－金属转变温度下降，电阻率增加，例外的是Cr和Mg替代Mn均引起绝缘体－金属转变温度升高。对于少量的Ca和Ba以及Nd、Bi和Y的掺杂效应，基于eg电子的轨道稳定性，我们给出了合理的解释；对于大量的Ca和Ba掺杂导致样品的结构发生改变这一现象，我们认为是由离子尺寸的失配效应引起的结构相分离；而对于Mn位上复杂的掺杂效应，其机理还有待进一步研究。同时我们还制备了La2/3(Ca1-xMgx)1/3MnO3系列样品，并研究了Mg掺杂对La2/3Ca1/3MnO3的结构及电、磁性质的影响。研究表明，Mg离子虽然没有进入La2/3Ca1/3MnO3的晶格，但Mg的掺入大大提高了绝缘体－金属转变温度附近的磁电阻效应。3.期刊论文朱嘉林.禹日成.李凤英.靳常青高温高压合成电子型掺杂层状钙钛矿结构锰氧化物La2-2xCa1+2xMn2O7-高压物理学报2002,16(2)用高温高压法、在1260℃和5.0GPa条件下,成功制备出电子型掺杂层状钙钛矿结构锰氧化物La2-2xCa1+2xMn2O7(x=1.0～0.8)系列样品.样品的粉末X射线衍射实验和Rietveld精修结构分析表明,所制样品具有Sr3Ti2O7型四方结构,空间群为I4/mmm.随着电子浓度的增加,MnO6八面体畸变程度增大,晶胞体积增加.同时样品的磁化强度随La的掺入、x的增加而增强,反铁磁有序温度TN提高.由于双交换作用减小,样品的电阻增加.在测量温度范围内,没有观测到磁电阻效应.4.学位论文孟影钙钛矿结构锰氧化物薄膜的制备及其物性研究2007自从二十世纪九十年代发现钙钛矿结构的锰氧化物具有巨磁电阻效应以来，钙钛矿结构的锰氧化物的巨磁电阻效应成为了人们关注的热点。由于巨磁电阻效应在工业上具有很大的应用背景，如信息存储领域中的磁记录，磁头和传感器等方面的应用。然而，这些应用主要是基于薄膜的特性。从基础研究上来讲，这些锰氧化物表现出丰富的物理内容，如顺磁-铁磁相变伴随绝缘-金属相变，电荷轨道有序，相分离，Jahn-Teller畸变，双交换模型以及各种相互作用之间的耦合，这些复杂的现象激发了物理学研究人员的研究兴趣。更重要的是，从应用研究上来讲，对巨磁阻薄膜的研究和探索，不仅对当前的自旋电子学的应用有重要意义，而且为全氧化物或氧化物-金属原型薄膜器件的研制提供了有效途径。本论文通过对钙钛矿锰氧化物外延膜的氧含量、应力与厚度效应的研究，探讨了锰氧化物外延膜的结构畸变与磁性和输运性质的关系，特别是不同氧压与超薄薄膜的结构与输运性质的关系，晶格失配应变与厚度效应等进行了深入的探讨。下面是整个论文的主要内容(共四章)。第一章全面介绍了巨磁阻锰氧化物的物理和薄膜的研究状况。首先回顾了锰氧化物的各种性质，如晶体结构，电子结构，双交换模型，电荷有序，输运性与巨磁效应，相分离，掺杂效应等。最后讨论了锰氧化物外延薄膜的制备方法，及影响锰氧化物薄膜结构和电磁性质的相关因素以及在制备薄膜时需要注意的问题。第二章以Nd,0.7Sr,0.3MnO,3(NSMO)外延薄膜为研究对象，主要讨论不同氧压对Nd,0.7Sr,0.3MnO,3(NSMO)外延薄膜的微结构及电磁性能的影响。通过研究不同氧含量与外延膜的厚度效应的关系，指出超薄薄膜的结构和电阻/磁转变主要依赖于不同氧压；而对于较厚的薄膜，其结构和电磁性既受氧压也受后处理过程控制，这是由于较厚的膜薄中出现了柱界，柱界在后处理过程中吸附氧原子造成的。因此，为了制备高质量的巨磁阻超薄薄膜，需要高的制备氧压。另外，退火温度对薄膜的微结构和电磁性能也有一定的影响。第三章研究了晶格失配应变引起的晶格畸变对Nd,0.7Sr,0.3MnO,3(NSMO)外延膜的结构和电磁性质的影响。实验研究指出薄膜的应变状态直接地影响薄膜的输运行为。对共格外延的薄膜，其结构和电磁性质主要依赖于晶格失配应变(即J-T)和薄膜厚度。薄膜与衬底的晶格失配越大，发生晶格驰豫的厚度越小，且随着膜厚的增加，金属-绝缘体