過渡金屬錳、鎳氧化物和SDW Cr合金的電、磁性質(zhì)和熱物性研究.pdf

1、過渡金屬氧化物的研究是當(dāng)前凝聚態(tài)物理中最活躍的領(lǐng)域之一。由于電荷、自旋、軌道和晶格自由度之間的強(qiáng)烈關(guān)聯(lián)，多種相互作用(雙交換作用、鐵磁超交換作用、反鐵磁超交換作用等)的競爭和共存，使體系中出現(xiàn)了包括巨磁電阻(CMR)效應(yīng)和電荷有序(CO)在內(nèi)的各種奇特的物理現(xiàn)象。在自旋密度波(SDW)Cr合金中，也觀測到了巨磁電阻現(xiàn)象。Cr合金中摻雜元素種類和濃度的不同，使體系出現(xiàn)豐富的電、磁相變。目前，對這些材料的研究多集中在電、磁性質(zhì)上，而相關(guān)的熱

2、物性研究相對比較薄弱。 本論文，選取典型的具有CMR效應(yīng)的鈣鈦礦錳氧化物、條紋電荷有序的鎳氧化物和SDW反鐵磁Cr合金作為研究對象，通過研究材料在不同磁狀態(tài)和相變過程(金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變、電荷有序轉(zhuǎn)變、SDW反鐵磁轉(zhuǎn)變等)中的熱物性(熱導(dǎo)率和熱膨脹)、電輸運(yùn)、磁性和紅外光譜，探索體系中復(fù)雜的相互作用和微觀機(jī)制，得到了有意義的結(jié)果。本論文章節(jié)安排如下： 第一章介紹鈣鈦礦錳氧化物和Cr合金的的基本物理性質(zhì)。論述固體材料的熱物性

3、，主要是固體中的熱傳導(dǎo)和熱膨脹。提出本論文的研究對象和目的。 第二章研究了兩個(gè)系列的Cr摻雜的鈣鈦礦錳氧化物Nd<,0.7>Sr<,0.3>Mn<,1-x>Cr<,x>O<,3>(0.01≤x≤0.15)和La<,0.7>Ca<,0.3>Mn<,1-x>Cr<,x>O<,3>(0.01≤x≤0.60)的低溫電阻、磁性質(zhì)、熱導(dǎo)率和紅外光譜隨溫度和Cr含量的變化關(guān)系。兩個(gè)體系的主要結(jié)論比較一致。當(dāng)體系從絕緣態(tài)進(jìn)入金屬態(tài)，熱導(dǎo)率明顯地

4、增加。通過估算，我們提出這一增加來源于聲子熱導(dǎo)率和磁子熱導(dǎo)率兩方面的貢獻(xiàn)。Cr摻雜引入的不均勻的晶格畸變和自旋無序逐漸削弱這一增加。Cr摻雜達(dá)到0.1時(shí)，電阻出現(xiàn)雙峰。高溫峰聯(lián)系著絕緣體.金屬(I-M)轉(zhuǎn)變，低溫峰附近熱導(dǎo)率反常降低，Cr摻雜削弱了體系中的雙交換作用，出現(xiàn)Cr<'3+>-O-Mn<'3+>鐵磁性的超交換作用。Cr摻雜增強(qiáng)了體系中鐵磁和反鐵磁的競爭，熱導(dǎo)率在鐵磁和反鐵磁競爭和共存的溫區(qū)被壓低，表現(xiàn)出無序樣品和非晶樣品中的熱

5、導(dǎo)率行為，我們認(rèn)為這是由聲子受到與自旋有關(guān)的磁散射造成的。 第三章研究兩個(gè)典型摻雜的Nd<,2-x>Sr<,x>NiO<,4>(x=0.33，1.35)樣品的低溫?zé)釋?dǎo)率、電阻率和低場交流磁化率隨溫度的變化關(guān)系。我們首次在x=0.33樣品的熱導(dǎo)率.溫度曲線上同時(shí)觀察到電荷有序和自旋有序造成的熱導(dǎo)率反常。電荷有序和自旋反鐵磁有序分別提高和壓制了聲子熱導(dǎo)率。在交流磁化率測量中，也觀察到兩個(gè)相應(yīng)的反常，而在電阻率.溫度曲線上僅觀察到電荷

6、有序的變化。x=1.35樣品中不存在電荷有序和自旋有序，輸運(yùn)性質(zhì)和磁性質(zhì)沒有可觀察到的反常。分析結(jié)果，我們提出，電荷-聲子和自旋.聲子相互作用在熱導(dǎo)率.溫度曲線上有不同的反映，熱導(dǎo)率測量是區(qū)分和研究電荷與自旋兩個(gè)自由度的有效途徑。 第四章研究La<,0.7>Ca<,0.3>Mn<,0.9>Cr<,0.1>O<,3>、La<,0.4>Ca<,0.6>Mn<,0.99>Cr<,0.01>O<,3>和Cr<,97.02>Al<,2.9

7、8>合金三個(gè)典型樣品的熱膨脹系數(shù)α隨溫度的變化關(guān)系。首次對I-M轉(zhuǎn)變、CO轉(zhuǎn)變和SDW反鐵磁轉(zhuǎn)變附近的熱膨脹行為進(jìn)行了比較性的研究。在I-M轉(zhuǎn)變附近，La<,0.7>Ca<,0.3>Mn<,0.9>Cr<,0.1>O<,3>的α反常收縮，電子退局域降低了平均的晶格Jahn-Teller畸變，晶格收縮。而在CO轉(zhuǎn)變附近，La<,0.4>Ca<,0.6>Mn<,0.99>Cr<,0.01>O<,3>的α明顯增大，電子在CO態(tài)被局域，增加了平

8、均的晶格Jahn-Teller畸變。Cr<,97.02>Al<,2.98>合金中SDW反鐵磁轉(zhuǎn)變附近的熱膨脹反常與磁體效應(yīng)有關(guān)。磁體效應(yīng)在合金中產(chǎn)生的負(fù)的熱膨脹系數(shù)部分地抵消了晶格熱膨脹的貢獻(xiàn)，α在SDW反鐵磁轉(zhuǎn)變附近急劇下降。 第五章研究了Cr-Fe-Mn、Cr-Fe-V和Cr-Al-V三組合金的磁性、電阻、磁阻、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系，探討了不同摻雜情況下，合金的電輸運(yùn)和熱物性與合金磁性質(zhì)的關(guān)系。在Cr-Fe-M

9、n合金中，Mn含量較低時(shí)，F(xiàn)e摻雜更容易在反鐵磁(AFM)背景中形成鐵磁(FM)團(tuán)簇；在我們所測量的合金中也觀測到巨磁電阻效應(yīng)，磁阻的大小不僅與體系中的FM相互作用有關(guān)，還與體系中的AFM背景的強(qiáng)弱有關(guān)；合金的熱導(dǎo)率在鐵磁團(tuán)簇嵌套于反鐵磁網(wǎng)格的溫區(qū)表現(xiàn)出類似于無序樣品或者非晶樣品的行為，在Cr合金體系中也顯示了自旋有關(guān)的磁散射對熱導(dǎo)率的影響。在Cr<,97.02>Al<,2.98>合金中，觀測到SDW反鐵磁能隙打開過程中電阻率的上升和磁