鈣鈦礦錳氧化物A位摻雜效應(yīng)研究.pdf

1、對(duì)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物的研究始于上個(gè)世紀(jì)五六十年代。近十幾年來對(duì)該體系研究的復(fù)興，主要是由于高溫超導(dǎo)氧化物和CMR效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)。以錳氧化合物為代表的巨磁阻材料，由于他們所表現(xiàn)出的超大巨磁阻效應(yīng)(Colossal Magrletoresistance)在提高磁存儲(chǔ)密度、研究磁致冷器件以及磁敏探測元件上具有十分廣泛的應(yīng)用前景，因而受到人們的廣泛關(guān)注。更重要的是，在物理學(xué)基礎(chǔ)研究上，這類材料表現(xiàn)出豐富的物理內(nèi)容，比如由磁場或光誘導(dǎo)的絕緣體-

2、金屬轉(zhuǎn)變、電荷有序、軌道有序、相分離等，這些都激發(fā)著人們?nèi)ヌ剿鞑⒊蔀榱水?dāng)前物理研究中的熱點(diǎn)之一。對(duì)超大磁電阻效應(yīng)微觀機(jī)制的研究，將會(huì)對(duì)凝聚態(tài)物理的許多領(lǐng)域的發(fā)展和完善起到重要的推動(dòng)作用。在本論文中，我們通過對(duì)鈣鈦礦錳氧化物進(jìn)行A位摻雜研究，對(duì)這類材料的物性以及電荷有序行為進(jìn)行了一些探索。本論文分為五章。 第一章綜述了磁電阻效應(yīng)的歷史與研究進(jìn)展。介紹了鈣鈦礦錳氧化物材料豐富的物理內(nèi)容，包括晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)、輸運(yùn)性質(zhì)、電荷

3、有序態(tài)、相分離現(xiàn)象、摻雜效應(yīng)等奇特的物理現(xiàn)象。通過本章，我們將了解到鈣鈦礦錳氧化物的基本物理性質(zhì)，同時(shí)對(duì)諸如雙交換作用，Jahn-Teller效應(yīng)等物理概念有所認(rèn)識(shí)，為進(jìn)入該研究領(lǐng)域作好準(zhǔn)備。 第二章中我們深入地研究了Nd<,0.6>Ln<,0.1>Sr<,0.3>MnO<,3>(Ln=La，Pr，Gd and Dy)體系的磁性質(zhì)。A位平均離子半徑>被認(rèn)為對(duì)體系的PM-FM相變有著深刻的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出隨著摻雜元素

4、Ln從La變到Gd，相變溫度T<,C>逐漸降低。這一結(jié)果是由于>的減小所引起的。對(duì)于具有最小>和最大σ<'2>的Dy摻雜體系，相變溫度T<,C>突然大幅上升。我們把這一現(xiàn)象歸結(jié)于Dy<'3+>離子大的磁矩。6 T磁場下測量得到的M(T)曲線在30 K以下磁化強(qiáng)度的迅速增加直接說明了A位稀土離子的磁有序狀態(tài)。 第三章中我們系統(tǒng)研究了具有較小>的電子型摻雜錳氧化物Gd<,0.4>Ca<,0.6>M

5、nO<,3>體系的電輸運(yùn)和磁性性質(zhì)。通過M-T、M-H和ESR測量發(fā)現(xiàn)M-T曲線中的磁化強(qiáng)度起源于B位無序Mn離子和A位Gd<'3+>離子的順磁貢獻(xiàn)。M-T曲線在T<,CO>以下的奇特行為起源于在形成電荷有序態(tài)之后錳氧化物中剩余的無序Mn離子，并且這一反鐵磁電荷有序態(tài)被認(rèn)為是一種局域的短程有序念。 第四章中我們研究了Pr<,0.6>Nd<,x>Sr<,0.5>MnO<,3>(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5)體系的

6、磁性性質(zhì)。在摻雜兩端的樣品Pr<,0.4>Sr<,0.5>MnO<,3>和Nd<,0.5>Sr<,0.5>MnO<,3>由于不同的軌道序d<,(x<'2>-y<'2>)>和d<,(3x<'2>-r<'2>)>/d<,(3y<'2>-r<'2>)>，他們?cè)诘蜏叵路謩e為A型反鐵磁和CE型反鐵磁。因此，Pr<,0.5-x>Nd<,x>Sr<,0.5>MnO<,3>的磁結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是A型和CE型反鐵磁結(jié)構(gòu)的混和。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出隨著Pr<'3+

7、>離子逐漸被Nd<'3+>離子替代，T<,C>幾乎保持不變而T<,N>顯著降低。我們認(rèn)為這一現(xiàn)象起源于不同磁結(jié)構(gòu)類型的軌道序的不穩(wěn)定性而不是A位離子半徑的影響。 第五章中我們研究了Ln<,0.4>Ca<,0.6>MnO<,3>(Ln=La，Pr，Nd，Sm)的磁性及電輸運(yùn)性質(zhì)。>對(duì)錳氧化物中電荷有序行為的影響是特別深遠(yuǎn)的。電荷有序溫度T<,CO>隨著>的減小而增大。反鐵磁電荷有序態(tài)從長程有序轉(zhuǎn)變?yōu)榫钟虻亩?/p>

8、程有序態(tài)，并且Ln=La，Pr，Nd，Sm摻雜樣品的磁行為各不相同。通過M-T、M-H和ESR測量發(fā)現(xiàn)M-T曲線中的磁化強(qiáng)度起源于B位無序Mn離子和A位磁性離子的順磁貢獻(xiàn)。T<,CO>的上升歸因于>的減小所導(dǎo)致的e<,g>電子的局域化，并且不同樣品的M-T曲線在T<,CO>以下的不同行為起源于在體系形成電荷有序態(tài)之后剩余的無序Mn離子的數(shù)量各不相同。 本博士論文工作得到了國家自然科學(xué)基金(No．10334090，No