Mn基鈣鈦礦氧化物與不同磁性相的復合及其磁與電子輸運性質的研究.pdf

1、錳基鈣鈦礦氧化物由于龐磁電阻效應的發(fā)現(xiàn)成為近年來凝聚態(tài)與材料物理領域中熱點的研究。另外一方面，錳基鈣鈦礦氧化物具有～100%的自旋極化度，利用這一特性，將其作為鐵磁金屬以形成三明治式鐵磁多層膜或鐵磁金屬顆粒系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與邊界有關的非本征磁電阻效應，這方面的研究正受到越來越多的關注。本論文在錳基鈣鈦礦氧化物顆粒系統(tǒng)的基礎上，通過樣品設計和制備工藝的探索，試圖將不同磁行為的第二相引入到錳基鈣鈦礦氧化物顆粒系統(tǒng)中，以得到“錳基鈣鈦礦氧化物/

2、不同磁行為的第二相”的顆粒復合系統(tǒng)，對這些復合系統(tǒng)的磁行為、電子輸運、磁電阻等性質進行了系統(tǒng)的實驗研究，主要研究內容和結果如下：
　　 1)通過溶膠凝膠法制備出La2/3Ca1/3MnO3（LCMO）/CuMn2O4 復合體系，從實驗上研究了低居里溫度（～72 K）亞鐵磁性絕緣體CuMn2O4對LCMO 磁性及電子輸運性質的影響。研究結果表明，在低場0.3 T 下，x=0.1 復合樣品的非本征磁電阻幾乎比純LCMO 非本征磁電阻

3、值大2 倍。在高場3 T 下，相對于純LCMO，復合樣品在相應的絕緣體－金屬轉變溫度TIM 附近的本征磁電阻顯著增強。此外，復合樣品的磁化小于相應理論計算值。這些結果表明，CuMn2O4與LCMO之間存在一定的磁耦合作用。復合系統(tǒng)低溫下的電阻率與溫度關系遵從經驗關系p(T)=p0+p1Tn，但隨著CuMn2O4 復合量的增加，n數(shù)值變大，意味著亞鐵磁性CuMn2O4的引入增加了LCMO 顆粒邊界的磁無序，使得電子－磁振子散射的增強。

4、r>　　 2)通過溶膠凝膠法成功將高居里溫度亞鐵磁性絕緣體CuFe2O4 引入到LCMO 顆粒邊界，研究了CuFe2O4對LCMO 磁性及電子輸運性質的影響。研究結果表明，在外場3 T 下，復合體系樣品出現(xiàn)了兩個磁電阻平臺，其中一個磁電阻平臺的起始溫度在相應復合樣品的金屬－絕緣體溫度附近，另一個磁電阻平臺的起始溫度在純LCMO樣品的金屬－絕緣體溫度附近。我們認為此平臺現(xiàn)象源于本征磁電阻與低場磁電阻效應的疊加，且與亞鐵磁性CuFe2O4

5、與LCMO 顆粒邊界磁矩存在的反鐵磁耦合作用相關。實驗結果表明，x=0.1 復合樣品在金屬－絕緣體轉變溫度TIM 附近溫區(qū)出現(xiàn)了明顯的熱滯現(xiàn)象，且其能夠被外加磁場抑制。此外，還觀測到向水平軸負方向移動的交換偏置現(xiàn)象，在矯頑力僅為100 Oe的情況下，交換偏置場高達10 Oe。復合樣品中的熱滯現(xiàn)象與交換偏置現(xiàn)象進一步說明LCMO與CuFe2O4之間存在反鐵磁耦合作用。
　　 3)通過溶膠凝膠法成功將反鐵磁性絕緣體LaMnO3 引入

6、到LCMO的顆粒邊界，研究了LCMO/LaMnO3 復合體系磁性及電子輸運性質。在高場低場下，復合樣品的磁電阻都顯著增加。我們認為，第二相反鐵磁性絕緣體LaMnO3的引入增加了相鄰LCMO 顆粒間電子隧穿過程的磁勢壘。加場后，磁勢壘迅速減小，電子隧穿幾率大幅度增加，從而導致磁電阻效應大大增強。同樣采用經驗關系p(T)=p0+p1Tn對低溫下電阻率隨溫度變化關系進行擬合，隨著LaMnO3 復合量的增加，擬合參數(shù)n 迅速增加，且高達數(shù)值8。

7、這表明復合樣品中電子－磁振子散射為重要的散射機制，同時還有很多未知電輸運散射機制有待進一步研究。
　　 4)通過溶膠凝膠方法以及控制燒結溫度，成功制備了不同顆粒尺寸的LCMO樣品，研究了其電輸運行為中的低溫極小值現(xiàn)象。實驗結果表明，LCMO 顆粒尺寸越小，低溫極小值現(xiàn)象越明顯。隨著外磁場的增加，所有顆粒尺寸樣品的極小值現(xiàn)象減弱。通過考慮庫侖阻塞效應，對Yuan 隧穿模型進行擴展，擴展后的模型在整個溫區(qū)以及零場、加場下都能夠很好地

8、擬合不同顆粒尺寸樣品的阻溫關系。這不僅說明Yua n 隧穿模型的可適性，也說明對于錳基鈣鈦礦氧化物顆粒系統(tǒng)，庫侖阻塞效應是低溫極小值現(xiàn)象的主要起因。
　　 5)通過常規(guī)固相反應法制備出La1-xBaxMnO3 (x>0.33)結構相分離體系，研究了其電子輸運性質和滲流行為。實驗結果表明，當x＞0.33，La1-xBaxMnO3結構相分離為金屬相La0.67Ba0.33MnO3與絕緣體相BaMnO3。不論是在150 K 還是300

9、 K，La1-xBaxMnO3 (x>0.33)結構相分離體系都表現(xiàn)出滲流行為。經典滲流公式能夠很好地擬合實驗數(shù)據(jù)，在150 K 下，臨界參數(shù)t=1.6，s=0.6；在300 K 下，臨界參數(shù)t=1.7，s=0.7，且滲流閾值同為0.18。我們認為，這是源于樣品的蜂窩狀結構與顆粒界面效應的共同作用。此外，界面效應導致La1-xBaxMnO3 (x>0.33)體系在200 K 附近出現(xiàn)第二個電阻峰，且隨著BaMnO3含量的增加，界面效應引