RE2/3AE1/3MnO3系统中磁、电子输运及庞磁电阻间的关联性研究

摘要

Mn基钙钛矿氧化物因庞磁电阻效应的发现而引起人们浓厚的研究兴趣，虽然围绕着对其起因的了解已取得了很多的进展，但真正的起因至今仍未达成共识。本论文基于对组分为RE2/3AE1/3MnO3择优掺杂Mn基钙钛矿氧化物的电子输运、磁性、磁电阻等随温度变化规律的比较研究，从新的角度探讨与庞磁电阻直接相关的绝缘体-金属转变和顺磁-铁磁相变以及庞磁电阻的物理起因。主要内容及结果如下：
　　 1.零场电阻、低场磁化率以及磁电阻随温度变化关系的测量结果表明：（1）所有样品在T=TIM处发生绝缘体到金属的转变以及在T=Tc发生顺磁到铁磁态的转变，且两转变温度非常接近；（2）庞磁电阻与温度在行为上类似于零场阻温关系，最大磁电阻值出现在TIM附近；（3）TIM越低，庞磁电阻值越大。由此认为，庞磁电阻和顺磁绝缘体－铁磁金属转变在起因上源于相同的物理原因。
　　 2.将对磁极为敏感的电子顺磁共振（EPR）技术应用于择优掺杂Mn基钙钛矿氧化物的研究。实验表明，仅在T>Tmin的高温区样品才表现出常规意义下的顺磁行为，而在Tc　　 3.基于EPR实验并结合磁测量，对文献上针对择优掺杂Mn基钙钛矿氧化物报道的T-相图进行了修正，认为除T>Tmin高温顺磁相和T　　 4.通过假设高于Tc温区的顺磁行为源于两种磁性体的贡献，一是顺磁背景上的Mn离子，另一是顺磁背景上随机生长出的由若干个Mn离子构成的磁集团，提出磁化率和共振宽度随温度变化关系的两个唯象表达式，对Tc以上温区观察到的顺磁反常给予了定量解释。
　　 5.基于提出的磁图像并结合双交换机理，认为一旦形成磁集团，则集团自身由于双交换而变成铁磁金属集团，在此基础上提出涉及Mn基钙钛矿氧化物中绝缘体-金属转变以及庞磁电阻效应起因的唯象模型，认为绝缘体-金属转变源于铁磁金属集团的渗流，而庞磁电阻则是由于外加磁场加速铁磁金属集团的长大所致，伴随铁磁金属集团的长大，铁磁金属渗流通道开始形成的温度提高，因而Tc温度附近电阻大大降低，导致庞磁电阻效应。
　　 6.通过将样品模型为顺磁绝缘体和铁磁金属集团两相构成并用Monte Carlo方法随机生成两相构成的无规电阻网络，对择优掺杂Mn基钙钛矿氧化物中的电子输运性质和磁电阻效应进行了Monte Carlo模拟，结果表明，无论在定性上还是在定量上均得到和实验相一致的结果，从而对我们的分析给予了强有力地支持。
　　 总之，基于对择优掺杂Mn基钙钛矿氧化物零场电阻、低场磁性质和磁电阻随温度变化关系的系统实验研究以及对实验结果的综合分析，我们认为，顺磁反常源于顺磁背景上随机生长出的铁磁集团引起的磁不均匀性所致，另一方面，由于双交换，铁磁集团变成铁磁金属集团，当温度达到或低于Tc时，铁磁金属集团体积分数达到或超过渗流逾值，形成铁磁金属渗流通道，结果发生顺磁绝缘体到铁磁金属态的转变；而庞磁电阻则是由于外加磁场加速铁磁金属集团的长大使铁磁金属渗流通道开始形成的温度提高，进而引起Tc温度附近电阻的实质下降低所致。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 择优掺杂Mn基钙钛矿样品制备及其电子输运和磁电阻行为

3 电子顺磁共振原理与实验

4 EPR谱定量分析及温度与平均A-位离子尺寸的相图修正

5 顺磁反常及其起因分析

6 磁行为、电子输运性质及庞磁电阻彼此间的关联性

7 绝缘体-金属转变及庞磁电阻效应的Monte Carlo模拟

8 全文总结

致 谢

参考文献

附录