電子型摻雜錳氧化物相分離的研究.pdf

1、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物受到廣泛的關(guān)注和研究，一方面是由于它具有龐磁電阻(CMR)效應(yīng)，在自旋電子學(xué)領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景；另一方面是由于該類材料屬于強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系，蘊(yùn)涵著豐富的物理內(nèi)容。錳氧化物體系中存在強(qiáng)的電子—自旋—晶格相互作用，導(dǎo)致了復(fù)雜的磁、電性質(zhì)，如金屬—絕緣體轉(zhuǎn)變、自旋序、電荷序和軌道序等。近年來(lái)大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果都支持錳氧化物的基態(tài)是兩相甚至多相共存的不均勻態(tài)，即存在本征的相分離行為。相分離的尺度可以從納米到微米量級(jí)變化

2、。在相分離過(guò)程中，淬火無(wú)序效應(yīng)以及長(zhǎng)程的應(yīng)變起著重要的作用。正是相分離引起了錳氧化物各種奇異的性質(zhì)如CMR效應(yīng)，而錳氧化物的相變則是典型的逾滲過(guò)程。然而，到目前為止，大多數(shù)相分離的實(shí)驗(yàn)研究是在空穴型摻雜錳氧化物中開展的。為了檢驗(yàn)相分離現(xiàn)象在錳氧化物中的普遍性以及更進(jìn)一步探討相分離的物理起源，有必要對(duì)電子型摻雜錳氧化物的相分離現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。此外，對(duì)電子型摻雜錳氧化物的研究有助于豐富CMR材料的物理內(nèi)容，從而為進(jìn)一步理解該材料體系的CM

3、R機(jī)制奠定一定的基礎(chǔ)。本文對(duì)電子型摻雜錳氧化物(包括A位、B位摻雜的體系)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。通過(guò)對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、電、磁等性質(zhì)的測(cè)量，研究與相分離有關(guān)的物理現(xiàn)象。此外，采用內(nèi)耗測(cè)量方法研究了錳氧化物的相分離現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明內(nèi)耗測(cè)量方法對(duì)研究錳氧化物相分離現(xiàn)象是十分有效的實(shí)驗(yàn)手段。本研究分為五個(gè)部分：
　　 第一章介紹了磁電阻效應(yīng)的研究進(jìn)展和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物的相關(guān)物性。錳氧化物作為一種典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系表現(xiàn)出許多吸引人的物理現(xiàn)象

4、，特別是由于該體系所表現(xiàn)出的CMR效應(yīng)具有潛在的應(yīng)用前景，因而受到人們的廣泛關(guān)注。錳氧化物體系存在豐富的物理內(nèi)容，涉及金屬—絕緣體轉(zhuǎn)變、電荷序、軌道序和相分離等許多凝聚態(tài)物理的基本問題。最近的研究表明錳氧化物中存在著本征的非均勻性，即相分離的出現(xiàn)。這種相分離行為可能是導(dǎo)致CMR效應(yīng)的主要原因。
　　 第二章研究了A位摻雜的Sr1-xCexMnO3和Ca1-xCexMnO3體系的結(jié)構(gòu)、磁、電輸運(yùn)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這兩個(gè)體系都出現(xiàn)

5、本征的非均勻性—反鐵磁絕緣相與鐵磁金屬相共存的狀態(tài)，即相分離行為。這種相分離是由于Ce摻雜引入的A位無(wú)序效應(yīng)導(dǎo)致的。部分的Ce替代Sr、Ca會(huì)導(dǎo)致A位離子變成無(wú)序分布，這種無(wú)序增強(qiáng)了在原臨界點(diǎn)附近相互競(jìng)爭(zhēng)的有序態(tài)(如反鐵磁絕緣相和鐵磁金屬相)之間的漲落。此外，在電子型摻雜的Ca0.9Ce0.1MnO3樣品中還觀察到電致電阻效應(yīng)和非線性電導(dǎo)效應(yīng)。對(duì)這些現(xiàn)象，我們采用相分離模型給予了合理的解釋。
　　 第三章研究了B位摻雜的LaMn

6、1-xMoxO3和Ca4Mn3-xMnO10體系的結(jié)構(gòu)、磁性、電輸運(yùn)和熱輸運(yùn)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，少量的Mo摻雜就可以改變母體的基態(tài)性質(zhì)。Mo摻雜的樣品在低溫區(qū)都出現(xiàn)了鐵磁相與反鐵磁相共存的相分離態(tài)。與A位摻雜相比，B位摻雜更容易改變母體的基態(tài)性質(zhì)，并導(dǎo)致相分離態(tài)的出現(xiàn)。
　　 第四章采用內(nèi)耗測(cè)量方法研究了電子型摻雜的Sr0.8Ce0.2MnO3和Bi0.4Ca0.6MnO3樣品，同時(shí)結(jié)合電、磁性質(zhì)的測(cè)量，對(duì)內(nèi)耗峰形成的機(jī)制進(jìn)行了討論