电子型掺杂锰氧化物相分离

摘要：钙钛矿结构锰氧化物受到广泛的关注和研究,一是它具有庞磁电阻(CMR)效应,在自旋电子学领域潜在的应用前景;另一是该类属于强关联电子体系,蕴涵着丰富的物理内容。锰氧化物体系中存在强的电子-自旋-晶格作用,导致了复杂的磁、电性质,如金属-绝缘体转变、自旋序、电荷序和轨道序等。近年来大量的实验和理论研究结果都支持锰氧化物的基态是两相多相共存的不均匀态,即存在本征的相分离。相分离的尺度可以从纳米到微米量级变化。在相分离中,淬火无序效应以及长程的应变起着的作用。正是相分离引起了锰氧化物各种奇异的性质如CMR效应,而锰氧化物的相变则是典型的逾渗。,到为止,大多数相分离的实验研究是在空穴型掺杂锰氧化物中开展的。为了检验相分离现象在锰氧化物中的性以及更探讨相分离的物理起源,有必要对电子型掺杂锰氧化物的相分离现象实验研究。,对电子型掺杂锰氧化物的研究有助于丰富CMR的物理内容,从而为理解该体系的CMR机制奠定一定的基础。在本论文中,作者对一些电子型掺杂锰氧化物(包括A位、B位掺杂的体系)了系统地研究。对样品的结构、电、磁等性质的测量,研究与相分离有关的物理现象。,内耗测量方法研究了锰氧化物的相分离现象,实验结果内耗测量方法对研究锰氧化物相分离现象是十分的实验手段。本论文共分五章,每章的主要内容概述如下:章简要介绍了磁电阻效应的研究进展和钙钛矿结构锰氧化物的物性。锰氧化物作为一种典型的强关联电子体系表现出吸引人的物理现象,是该体系所表现出的CMR效应具有潜在的应用前景,因而受到人们的广泛关注。锰氧化物体系存在丰富的物理内容,涉及金属-绝缘体转变、电荷序、轨道序和相分离等凝聚态物理的基本问题。最近的研究锰氧化物中本征的非均匀性,即相分离的出现。相分离可能是导致CMR效应的主要原因。章研究了A位掺杂的Sr_(1-x)Ce_xMnO_3和Ca_(1-x)Ce_xMnO_3体系的结构、磁、电输运性质。实验结果,这两个体系都出现本征的非均匀性-反铁磁绝缘相与铁磁金属相共存的,即相分离。相分离是Ce掺杂引入的A位无序效应导致的。的Ce替代Sr、Ca会导致A位离子变成无序分布,无序增强了在原临界点附近竞争的有序态(如反铁磁绝缘相和铁磁金属相)之间的涨落。,在电子型掺杂的Ca_(0.9)Ce_(0.1)MnO_3样品中还观察到电致电阻效应和非线性电导效应。对这些现象,相分离模型给予了合理的解释。章研究了B位掺杂的LaMn_(1-x)Mo_xO_3和Ca_4Mn_(3-x)Mo_xMnO_(10)体系的结构、磁性、电输运和热输运性质。实验发现,少量的Mo掺杂就可以改变母体的基态性质。Mo掺杂的样品在低温区都出现了铁磁相与反铁磁相共存的相分离态。与A位掺杂相比,B位掺杂更容易改变母体的基态性质,并导致相分离态的出现。章内耗测量方法研究了电子型掺杂的Sr_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3和Bi_(0.4)Ca_(0.6)MnO_3样品,同时电、磁性质的测量,对内耗峰形成的机制了讨论。实验结果,在Sr_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3样品中顺磁区的内耗峰是与顺磁基体中铁磁团簇的形成有关。在电荷有序态转变温度以下的低温区,Bi_(0.4)Ca_(0.6)MnO_3样品表现出电荷有序相和电荷无序相共存的相分离态。研究非均匀的应变在稳定相分离态中起着的作用。实验观察到的低温区弛豫型内耗峰的出现是电荷有序相和电荷无序相动态的竞争所导致。第五章对全文了总结与展望。关键词：锰氧化物论文庞磁电阻效应论文相分离论文内耗论文

摘要5-7

Abstract7-9

前言9-11

章 锰氧化物庞磁电阻效应及物性研究进展11-46

1.1 磁电阻效应的研究进展11-16

1.2 钙钛矿结构锰氧化物的基态性质16-29

1.2.1 晶体结构16-19

1.2.2 电子结构19-21

1.2.3 磁结构21-23

1.2.4 输运性质23-26

1.2.5 各种掺杂效应及相图26-29

1.3 CMR 效应的机理研究29-44

1.3.1 双交换作用29-31

1.3.2 极化子理论31-32

1.3.3 相分离理论32-44

1.3.3.1 锰氧化物中的有序相32-37

1.3.3.2 相分离的实验证据37-43

1.3.3.3 相分离的物理起源43-44

1.4 小结44-46

章 A 位掺杂的Sr_(1-x)Ce_xMnO_3和Ca_(1-x)Ce_xMnO_3体系相分离研46-59

2.1 Sr_(1-x)Ce_xMnO_3 (0.10≤x≤0.30)的磁性及电输运性质46-52

2.1.1 样品的制备与实验方法46

2.1.2 结构分析46-48

2.1.3 磁性质48-50

2.1.4 电输运性质50-52

2.2 Ca_(1-x)Ce_xMnO_3 (0.10≤x≤0.25)的磁性及电输运性质52-58

2.2.1 样品的制备与实验方法52

2.2.2 结构分析52-53

2.2.3 磁性质53-54

2.2.4 电输运性质54-58

2.3 A 位Ce 掺杂导致的相分离58

2.4 小结58-59

章 B 位掺杂的LaMn_(1-x)Mo_xO_3和Ca_4Mn_(3-x)Mo_xO_(10)体系相分离研59-74

3.1 低掺杂的LaMn_(1-x)Mo_xO_3 (x=0.04)样品的磁性及电输运性质59-64

3.1.1 样品制备及结构分析59-61

3.1.2 Mo 掺杂诱导的铁磁性61-62

3.1.3 电输运性质62-64

3.2 层状钙钛矿结构Ca_4Mn_(3-x)Mo_xO_(10) 体系的磁、电及热输运性质64-72

3.2.1 样品制备及结构分析64-65

3.2.2 磁性质65-68

3.2.3 Mo 掺杂诱导的磁电阻效应68-70

3.2.4 热电势与热导率性质70-72

3.3 B 位Mo 掺杂导致的相分离72-73

3.4 小结73-74

章 相分离现象的内耗实验研究74-86

4.1 内耗测量方法在锰氧化物研究中的应用74-77

4.1.1 内耗测量方法介绍74-76

4.1.2 内耗测量探测相分离76-77

4.2 Sr_(0.8)Ce_(0.2)MnO_3 高温顺磁区相分离77-80

4.2.1 内耗实验结果77-79

4.2.2 高温顺磁区磁团簇的形成79-80

4.3 Bi_(0.4)Ca_(0.6)MnO_3 中电荷有序相与电荷无序相的共存80-85

4.3.1 磁性及电输运性质81-82

4.3.2 内耗实验结果82-84

4.3.3 非均匀应变诱导的相分离84-85

4.4 小结85-86

第五章 总结与展望86-89