鈣鈦礦錳氧化物A位摻雜效應研究.pdf

1、對鈣鈦礦結構過渡金屬氧化物的研究始于上個世紀五六十年代。近十幾年來對該體系研究的復興，主要是由于高溫超導氧化物和CMR效應的發(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(Colossal Magrletoresistance)在提高磁存儲密度、研究磁致冷器件以及磁敏探測元件上具有十分廣泛的應用前景，因而受到人們的廣泛關注。更重要的是，在物理學基礎研究上，這類材料表現(xiàn)出豐富的物理內容，比如由磁場或光誘導的絕緣體-

2、金屬轉變、電荷有序、軌道有序、相分離等，這些都激發(fā)著人們去探索并成為了當前物理研究中的熱點之一。對超大磁電阻效應微觀機制的研究，將會對凝聚態(tài)物理的許多領域的發(fā)展和完善起到重要的推動作用。在本論文中，我們通過對鈣鈦礦錳氧化物進行A位摻雜研究，對這類材料的物性以及電荷有序行為進行了一些探索。本論文分為五章。 第一章綜述了磁電阻效應的歷史與研究進展。介紹了鈣鈦礦錳氧化物材料豐富的物理內容，包括晶體結構、電子結構、磁性質、輸運性質、電荷

3、有序態(tài)、相分離現(xiàn)象、摻雜效應等奇特的物理現(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，同時對諸如雙交換作用，Jahn-Teller效應等物理概念有所認識，為進入該研究領域作好準備。 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。A位平均離子半徑>被認為對體系的PM-FM相變有著深刻的影響。實驗結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。這一結果是由于>的減小所引起的。對于具有最小>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>體系的電輸運和磁性性質。通過M-T、M-H和ESR測量發(fā)現(xiàn)M-T曲線中的磁化強度起源于B位無序Mn離子和A位Gd<'3+>離子的順磁貢獻。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。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>)>，他們在低溫下分別為A型反鐵磁和CE型反鐵磁。因此，Pr<,0.5-x>Nd<,x>Sr<,0.5>MnO<,3>的磁結構被認為是A型和CE型反鐵磁結構的混和。我們的實驗結果給出隨著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。我們認為這一現(xiàn)象起源于不同磁結構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)的磁性及電輸運性質。>對錳氧化物中電荷有序行為的影響是特別深遠的。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曲線中的磁化強度起源于B位無序Mn離子和A位磁性離子的順磁貢獻。T<,CO>的上升歸因于>的減小所導致的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基金(No．10334090，No