場致排列CrO2復(fù)合材料電磁輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、半金屬磁體具有兩個(gè)不同的自旋子能帶,僅一個(gè)自旋子能帶在費(fèi)米面上有傳導(dǎo)電子,因此具有較高的自旋極化率。CrO2是最簡單的鐵磁性半金屬,無論從理論還是從實(shí)驗(yàn)上分析都具有接近100％的自旋極化率,且居里溫度高達(dá)392～396K。因此,CrO2被認(rèn)為是極具開發(fā)潛力的、理想的自旋電子器件的電極材料,并逐漸成為凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)之一。同時(shí),隨著材料科學(xué)的發(fā)展,復(fù)合材料以其獨(dú)有的特性受到國內(nèi)外材料研究人員的關(guān)注。因?yàn)閺?fù)合材料不僅保留原各組分的物理性

2、質(zhì),而且可以通過改善邊界條件改變各組分之間的耦合相互作用,顯示出比單一組分更優(yōu)越的性質(zhì)。此外由于半金屬是自旋完全極化的,用這種材料制成的隧道結(jié)將在低場具有明顯的開關(guān)轉(zhuǎn)換效應(yīng)和較大的MR。如Dai等人的場致排列CrO2粉末實(shí)驗(yàn)在5K的低溫下獲得這種MR高達(dá)41%,但其溫度依賴性很大,在室溫下磁電阻很小。因此我們考慮將復(fù)合和場排技術(shù)二者綜合探索一條較大的室溫磁電阻的新路。本文采用高分子聚合物包裹與場排綜合技術(shù)制備了場致排列CrO2/Poly

3、styrence(聚苯乙烯簡稱PS)的復(fù)合樣品,并對體系的結(jié)構(gòu)、磁性和電磁輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。通過對場致排列CrO2/PS復(fù)合樣品與隨機(jī)樣品XRD的比較分析顯示我們的復(fù)合排列樣品具有明顯的各向異性特征,PS的加入并沒有改變晶體的結(jié)構(gòu)。磁滯洄線分析顯示磁場平行于樣品的易磁化軸時(shí)樣品的磁矩很容易飽且剩磁較大,垂直時(shí)樣品的磁矩不容易飽且剩磁較小。正負(fù)場下磁電阻隨角度呈周期性變化,未加場時(shí)電阻幾乎沒有變化;而且正場下電阻率隨角度變化規(guī)律與

4、負(fù)場的電阻率隨角度變化規(guī)律具有對稱性。沿樣品的易磁化軸測量磁電阻顯示隨著PS含量的增加,樣品的低溫磁電阻明顯的提高,PS絕緣相使晶粒間絕緣勢壘得到加強(qiáng),更有利于自旋極化電子在晶粒間的隧穿,從而提高了低溫下樣品的磁致電阻值。對樣品的電輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行研究是發(fā)現(xiàn)零場電阻顯示隨PS含量增加而電阻明顯增大,電導(dǎo)對溫度表現(xiàn)出較強(qiáng)的依賴性,進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)復(fù)合樣品的電導(dǎo)主要由兩種導(dǎo)電通道構(gòu)成:與溫度呈指數(shù)關(guān)系的自旋相關(guān)的晶粒間的隧穿電導(dǎo)和與溫度成冪指數(shù)關(guān)