Cr合金和摻Cr鈣鈦礦錳氧化物的熱膨脹、磁性、電和熱輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、隨著凝聚態(tài)物理研究的深入，強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系已成為當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的焦點之一。由于電荷、晶格和自旋之間的復(fù)雜相互作用，使體系中出現(xiàn)了包括高溫超導(dǎo)和巨磁電阻效應(yīng)在內(nèi)的各種奇特的物理現(xiàn)象。最近，在自旋密度波(SDW)Cr合金體系中也觀察到了巨磁阻效應(yīng)。隨著Cr合金中摻雜元素種類和濃度的改變，體系出現(xiàn)豐富的電、磁相過渡，由其帶來的物性上的豐富多樣性引起了實驗工作者的興趣；同時，也因為這些過渡與體系中的費米面的嵌合相聯(lián)系而吸引了理論工作者。Cr合金體

2、系的巨磁阻和費米面嵌套分別與鈣鈦礦錳氧化物中的巨磁阻和高溫超導(dǎo)銅酸鹽中的費米面嵌套情況有很多異同，通過對Cr合金體系的巨磁阻和費米面嵌套的研究對解決強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中的巨磁阻機(jī)制和高溫超導(dǎo)機(jī)制有觸類旁通作用。目前，對Cr合金和摻Cr鈣鈦礦錳氧化物體系的研究多集中于電、磁性質(zhì)，而相關(guān)的熱物性和紅外光譜的研究并不多。 本論文主要研究Cr-Fe-Mn、Cr-Fe-V、Cr-Al-V合金體系在降溫過程中經(jīng)歷不同磁有序狀態(tài)的變化，以及這些磁狀態(tài)

3、對電輸運(yùn)性質(zhì)和熱物性影響。同時，在前期工作基礎(chǔ)上，又研究摻Cr鈣鈦礦錳氧化物體系的熱膨脹和紅外光譜，探索體系電荷、自旋、晶格之間相互作用的微觀機(jī)制。特別關(guān)注它們在不同的有序相及其轉(zhuǎn)變附近的反常變化，得到了有意義的實驗結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。全文共分五章。第一章為綜述，后四章為研究生期間的具體工作。 第一章介紹Cr的能帶結(jié)構(gòu)和SDW特性，Cr二元合金的基本性質(zhì)。闡述了一些重要的物理概念，如自旋漲落、受挫系統(tǒng)和自旋玻璃等，為

4、進(jìn)入該研究領(lǐng)域做好準(zhǔn)備?？紤]熱膨脹工作國內(nèi)研究比較少，闡述熱膨脹的基本概念和基本理論，介紹本論文工作中使用的熱膨脹測量方法及其原理。最后給出本論文的研究對象和研究目的。 第二章研究Cr-Fe-Mn系列合金在1.5～300K溫區(qū)的磁化強(qiáng)度、熱導(dǎo)率，電阻和磁阻隨溫度變化關(guān)系。通過磁測量確定了居里溫度Tc，鐵磁不是長程有序的。通過電阻率測量記錄了Neel溫度T<,N>，反鐵磁相是SDW。熱導(dǎo)率-溫度關(guān)系表現(xiàn)出類似于無序非晶樣品行為，與

5、自旋相關(guān)散射有關(guān)。通過合金磁阻測量，在鐵磁和反鐵磁共存區(qū)域觀察到巨磁阻現(xiàn)象。鐵磁和反鐵磁之間的相互作用的競爭和共存導(dǎo)致系統(tǒng)在更低溫度下進(jìn)入自旋玻璃態(tài)。這些結(jié)果都建立在鐵磁團(tuán)簇磁嵌套SDW反鐵磁背景基礎(chǔ)上討論的。 第三章研究Cr-Fe-V合金，(Cr<,99>V<,1>)<,95>Fe<,5>和(Cr<,99>V<,1>)<,75>Fe<,25>，在5～300K溫度范圍的磁化強(qiáng)度和電阻率隨溫度變化關(guān)系。(Cr<,99>V<,1>)

6、<,95>Fe<,5>合金在T<,N>附近，電阻率出現(xiàn)極小，發(fā)生SDW反鐵磁相變。取溫度相關(guān)的能隙函數(shù)2 △∝<平方根,T<,N>-T>可以很好地描述SDW反鐵磁能隙隨溫度降低而打開的過程。(Cr<,99>V<,1>)<,75>Fe<,25>合金在居里溫度T<,C>附近發(fā)生順磁-鐵磁相變，但電阻-溫度曲線上沒有觀察到反常，鐵磁相變對輸運(yùn)性質(zhì)的影響可能被磁團(tuán)簇相關(guān)的散射掩蓋了。分析表明，在相變溫度以上相對高溫度，磁團(tuán)簇已經(jīng)開始形成。通過少

7、量雜質(zhì)釩V替代Cr就能使含F(xiàn)e少的(Cr<,99>V<,1>)<,95>Fe<,5>的T<,N>和SDW迅速降低，而富Fe的(Cr<,99>V<,1>)<,75>Fe<,25>的T<,N>和SDW迅速減小。第四章研究Cr-Al和Cr-Al-V合金在10～450K溫區(qū)的電阻率和熱膨脹。Cr<,97.02>Al<,2.98>合金在Neel溫度T<,N>以下電阻率出現(xiàn)上升趨勢，與SDW反鐵磁能隙的逐漸打開有關(guān)；而熱膨脹明顯減小，與磁體效應(yīng)相關(guān)

8、。低于公度．非公度SDW轉(zhuǎn)變溫度觀察到電阻率增大，是由于磁散射在低溫下增強(qiáng)。在Cr-Al合金中摻入少量釩就能壓制SDW。用公式ρ=ρ<,0>+AlnT+BT<'2>+CT<'5>對三個合金在10～80K溫區(qū)內(nèi)電阻率-溫度曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，隨著釩摻雜的增加，磁散射和s-d電子散射減小。 第五章在前期工作基礎(chǔ)上，重點研究R<,0.7>A<,0.3>Mn<,1-x>Cr<,x>O<,3>(R=La，Nd；A=Ca，Sr)和La<

9、,0.6>Ca<,0.4>Mn<,1-x>Cr<,x>O<,3>系列樣品的熱膨脹和紅外光譜隨著摻Cr量和溫度的變化關(guān)系。La<,0.7>Ca<,0.3>Mn<,0.9>Cr<,0.1>O<,3>在金屬．絕緣體轉(zhuǎn)變溫度T<,MI>附近熱膨脹明顯收縮，而La<,0.4>Ca<,0.6>Mn<,0.99>Cr<,0.01>O<,3>在電荷有序相變溫度T<,CO>附近熱膨脹明顯增長。在局域Jahn-Teller晶格畸變和自旋-晶格相互作用基礎(chǔ)上