尖晶石和鈣鈦礦體系中巨磁電阻效應(yīng)及相關(guān)物性研究.pdf

1、強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系表現(xiàn)出很多吸引人的物理現(xiàn)象。特別是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)化合物中，由于它們所表現(xiàn)出的超大磁電阻效應(yīng)(ColossalMagnetosistance，CMR)在提高磁存儲密度以及磁敏感探測元件上具有十分廣闊的應(yīng)用前景，因而受到人們的廣泛關(guān)注。同時(shí)，在這些強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系中還表現(xiàn)出諸如磁場或光誘導(dǎo)的絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變、電荷有序、軌道有序、相分離等十分豐富的物理內(nèi)容。這些物理問題涉及凝聚態(tài)物理中的許多基本問題，吸引了物理工作者廣泛的

2、關(guān)注，成為了當(dāng)前物理研究中的熱點(diǎn)之一。對超大磁電阻效應(yīng)微觀機(jī)制的研究，將會對凝聚態(tài)物理的許多領(lǐng)域的發(fā)展和完善起到重要的推動作用。 在本論文中，我們通過對鉻基硫族尖晶石和鈣鈦礦錳氧化物進(jìn)行摻雜研究，對CMR材料的物性以及磁阻機(jī)制進(jìn)行了一些探索。部分內(nèi)容已在國際科技期刊上發(fā)表。 本論文分為六章。 第一章簡要介紹了凝聚態(tài)物理的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的基本概念，使我們對強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系物理有一個(gè)大致的了解。 第二章介紹了鉻基硫族尖

3、晶石和鈣鈦礦錳氧化物超大磁電阻材料豐富的物理內(nèi)容，包括晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)，磁性質(zhì)，輸運(yùn)性質(zhì)，摻雜效應(yīng)，有序相和相分離等奇特的物理現(xiàn)象。通過本章，我們將了解到鉻基硫族尖晶石和鈣鈦礦錳氧化物的基本物理性質(zhì)，同時(shí)對諸如雙交換作用，Jahn-Teller效應(yīng)等物理概念有所認(rèn)識，為進(jìn)入該研究領(lǐng)域作好準(zhǔn)備。 第三章研究了Fe位摻In對鉻基硫族尖晶石化合物FeCr2S4的物性和磁電阻效應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)證明In離子摻入Fe位且以二價(jià)的形式存在。由

4、于In離子的摻入導(dǎo)致在高于TC時(shí)在順磁背底里出現(xiàn)越來越明顯的磁漲落。磁漲落引起了磁隨機(jī)勢的出現(xiàn)，并導(dǎo)致載流子被磁隨機(jī)勢局域。從而高溫區(qū)的輸運(yùn)機(jī)制從未摻雜樣品中的小極化子導(dǎo)電過渡到摻雜樣品中的可變程機(jī)制。同時(shí)，通過研究FeCr2S4單晶樣品電子順磁共振譜的角度依賴，我們成功的解釋了多晶樣品中復(fù)雜的電子順磁共振行為。 第四章研究了Cr位摻Mn對鉻基硫族尖晶石化合物FeCr2S4磁性和磁輸運(yùn)性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)證明Mn的磁矩與Cr的磁矩平

5、行。同時(shí)，電阻隨著摻雜增多降低，而磁電阻效應(yīng)和居里溫度隨著摻雜增大，磁電阻效應(yīng)峰也朝高溫移動。這些結(jié)果提供了一種可行的既增大尖晶石材料磁電阻效應(yīng)大小又使其磁電阻峰值溫度升高的方法，這對于未來巨磁電阻效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用是很有幫助的。 第五章通過比較Mn位摻Cr和摻Ga對La1-xSrxMnO3系列樣品磁性的影響，證明Cr3+和Mn3+離子之間的超交換作用是鐵磁的。這一結(jié)果對解決一直以來關(guān)于Cr3+和Mn3+之間相互作用的爭論是有幫助的

6、。 第六章研究了富BiBi0.6Ca0.4Mn1-xCrxO3和貧BiBi0.24Ca0.76Mn1-xCrxO3兩個(gè)系列的有序相和Cr摻雜效應(yīng)。我們發(fā)現(xiàn)CO轉(zhuǎn)變前后的磁狀態(tài)都是順磁。僅當(dāng)溫度低于Tp時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變到反鐵磁。在富Bi體系中，電荷有序隨著Cr含量增多而“融化”；而在貧Bi體系中，電荷有序在x≥0.03時(shí)“崩潰”。在貧Bi體系中我們觀測到了復(fù)雜的磁性質(zhì)。隨著Cr摻雜濃度從0增大到0.24，系統(tǒng)經(jīng)歷了反鐵磁-弱鐵磁-反鐵