La-,1-x-Ca-,x-MnO-,3-體系的交換偏置效應(yīng)及鐵磁團(tuán)簇玻璃態(tài)行為.pdf

1、自從龐磁阻效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來，作為具有電荷、自旋、軌道和晶格自由度相互作用的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系，類鈣鈦礦型錳氧化物因其豐富的物理性質(zhì)和應(yīng)用前景倍受人們關(guān)注。交換偏置效應(yīng)不僅在磁性器件上具有潛在的應(yīng)有價(jià)值，其內(nèi)在的物理機(jī)制也是眾多研究人員長期以來討論的熱點(diǎn)。而錳氧化物中交換偏置效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，更賦予了該體系更為廣泛的研究意義和應(yīng)用途徑。雖然人們在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)開展了研究，但是缺乏對電荷有序態(tài)錳氧化物交換偏置效應(yīng)的系統(tǒng)研究，并且尺寸效應(yīng)對交換偏置效應(yīng)的影響以

2、及由其產(chǎn)生的鐵磁團(tuán)簇的動力學(xué)行為目前尚不明確。本論文針對上述問題展開研究，主要內(nèi)容安排如下：
　　 第一章介紹了類鈣鈦礦型錳氧化物和交換偏置效應(yīng)的研究概況，主要有：晶體結(jié)構(gòu)和Jahn-Teller效應(yīng)，龐磁阻效應(yīng)(CMR)及其物理機(jī)制(如雙交換作用、超交換作用和極化子效應(yīng))，電荷有序態(tài)現(xiàn)象及其調(diào)控，相分離現(xiàn)象及電子相分離，La1-xCaxMnO3體系和其它體系的電磁特性相圖，交換偏置效應(yīng)及其理論模型，錳氧化物體系各種不同形態(tài)(如

3、薄膜、塊材、納米顆粒)的交換偏置效應(yīng)，納米顆粒團(tuán)簇玻璃態(tài)性質(zhì)。
　　 第二章系統(tǒng)研究了La1-xCaxMnO3(0.55≤x≤0.95)體系的交換偏置效應(yīng)。由于體系本身具有的電子相分離和結(jié)構(gòu)不均勻性，極有可能導(dǎo)致體系在反鐵磁基態(tài)背景下出現(xiàn)鐵磁相。磁測量顯示，體系中鐵磁成分的存在使得所有樣品的直流磁化率在低溫下出現(xiàn)異常行為，并且其所占比例可由起始磁化曲線計(jì)算獲得。由于鐵磁和反鐵磁兩相共存，場冷磁滯回線測量表明，體系存在著交換偏置效

4、應(yīng)。并且，交換偏置效應(yīng)最大值出現(xiàn)在Ca摻雜量為0.6～0.63間，約為2200 Oe，這可能與反鐵磁各向異性能以及鐵磁/反鐵磁兩相界面處的交換耦合能具有密切的關(guān)系。當(dāng)x＞0.85時(shí)，體系出現(xiàn)了具有鐵磁行為的傾斜G型反鐵磁，其比例隨著Ca含量增加而增多，與不斷減少的C型反鐵磁相共存。這兩者比例的競爭導(dǎo)致了交換偏置效應(yīng)在x=0.90時(shí)出現(xiàn)了另一個(gè)極大值。
　　 第三章系統(tǒng)研究了尺寸效應(yīng)對La0.25Ca0.75MnO3納米顆粒交換

5、偏置效應(yīng)的影響。隨著樣品顆粒尺度的減小，隨尺寸改變的表面未補(bǔ)償自旋起著至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，直徑約為40-350 nm的La0.25Ca0.75MnO3納米顆粒表面存在著鐵磁團(tuán)簇，其場冷磁滯回線沿著磁場軸和磁化強(qiáng)度軸均發(fā)生了偏移。交換偏置場HEB和矯頑力HC隨著顆粒增大表現(xiàn)出非單調(diào)變化，且最大值都出現(xiàn)在80 nm的顆粒中。隨著溫度升高，HEB最大值仍然出現(xiàn)在80 nm處，而HC峰值卻出現(xiàn)在更大尺寸的顆粒中，這一結(jié)果是由隨顆粒尺寸改變

6、的多種因素(如鐵磁團(tuán)簇內(nèi)的鐵磁耦合強(qiáng)度、反鐵磁核的各向異性能等)共同作用所造成。另外，HEB和剩余磁化強(qiáng)度的偏移量MEB呈線性關(guān)系，進(jìn)一步說明了未補(bǔ)償自旋在錳氧化物交換偏置效應(yīng)中的重要作用。
　　 第四章系統(tǒng)研究了直徑約為40-1000 mLa0.25Ca0.75MnO3的納米顆粒中鐵磁團(tuán)簇的動力學(xué)性質(zhì)。通過改變頻率和直流磁場強(qiáng)度H，測量了體系的交流磁化率對溫度的依賴性。測量結(jié)果表明，在H=0的情況下，尺寸為40-350 nm

7、的樣品其鐵磁團(tuán)簇的凍結(jié)溫度Tf隨頻率的變化關(guān)系滿足power lawτ=τ0(Tf/Tg-1)-zv，并且由該公式擬合得到的弛豫時(shí)間常數(shù)τ0隨著顆粒尺寸增加而減小，暗示著顆粒表面鐵磁團(tuán)簇尺寸隨之減小。另外，對于尺寸為40-350 nm的樣品，其Tf與H的變化關(guān)系在高場下偏離了De Almeida-Thouless-type相邊界條件；而40和100 nm樣品的τ0隨H增加而增加，表明了鐵磁團(tuán)簇尺寸隨H增加而增大。這些結(jié)果可能由直流磁場與

8、顆粒表面自旋內(nèi)存在的局部各向異性場相互競爭所導(dǎo)致。
　　 第五章研究La1-xCaxMnO3(0.25≤x≤0.45)的電輸運(yùn)、磁化強(qiáng)度、超聲衰減以及紅外光譜等性質(zhì)。電阻率和磁測量表明該體系的居里溫度與金屬-絕緣轉(zhuǎn)變溫度基本一致。在該溫度附近，不僅超聲聲速和衰減出現(xiàn)了異常變化，而且在紅外光譜中，伸縮振動模式的峰所對應(yīng)的波數(shù)也出現(xiàn)顯著移動，有效載流子數(shù)目增加明顯?？梢姡阼F磁轉(zhuǎn)變溫度附近，體系也存在著強(qiáng)烈的電-聲子相互作用，與其