3d过渡族金属氧化物单晶的生长及物性研究

摘要

自人们在过渡族Cu氧化物中发现高温超导和Mn氧化物中发现超大磁电阻效应后，过渡族金属氧化物的研究迅速成为凝聚态物理和材料科学研究领域的一个热点。人们试图通过改变各种条件，如用不同的元素进行替代，外加压力、电场或磁场，采用光辐照等手段来研究材料的结构、电磁性能的变化及其产生的原因，探讨其中的物理机制。
　　 本文以部分3d过渡族金属氧化物单晶材料为研究对象，系统地研究了在此类单晶材料中的元素掺杂效应和光磁效应。以期加深和拓宽对这些材料基态性质的理解。在Mn位掺Cu的钙钛矿结构Mn氧化物La1-xPbxMnO3单晶的铁磁区观察到了再入的金属-绝缘体转变(MIT)现象。实验发现这种再入的MIT温度T*随Cu掺杂量的增加而升高但不随磁场变化，此外在T＜T*温区还存在明显的磁电阻(MR)效应，我们将观察到的现象主要归因于无序(由Cu掺杂引入)引起的载流子局域化所致。在Co掺杂的La1-xPbxMnO3单晶中发现随温度的降低，样品的磁化强度曲线依次出现3个转变，分别对应于高温区的短程铁磁关联、中间温区长程铁磁序的形成和低温区的团簇玻璃态，这些转变在相应的电阻率和MR曲线上也有反映。结果说明在这个Co掺杂单晶样品中存在着本征的相分离现象。Ti掺杂对Ca3Co4O9单晶物性的影响具有明显的各向异性。当Ti掺杂量较小时，体系的面内电磁性质变化不是很明显，仅在掺杂量为0.8时有一个突变。而在整个掺杂范围内，体系的面间物性都发生很大的变化。掺杂量不同时Ti的占据位置不同是造成上述现象的主要原因。另外，所有掺杂样品的面间热电势在低温下都有一个陡然上翘行为且磁场对此低温热电势有抑制作用，我们认为这里的低温热电势上翘主要来源于体系中自旋涨落的增加。在对层状Mn氧化物La1.2Sr1.8Mn2O7(LSMO-327)单晶的光磁效应研究中发现，其三维磁转变温度T3DC在波长λ=532nm的激光照射下明显地向低温移动，但二维磁转变温度T2DC几乎不受影响。我们基于LSMO-327的交换耦合各向异性以及光诱导载流子从O-2p(pz)轨道向Mn4+-3d eg(d3z2-r2)轨道转移对实验结果给予了解释。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章综述

§1.1钙钛矿结构锰氧化物的基本物理性质

§1.1.1晶体结构

§1.1.2电子结构

§1.1.3磁结构和磁性质

§1.1.4输运性质

§1.1.5各种掺杂效应

§1.5.5其它相关物性

§1.2Ca3Co4O9体系的研究进展

§1.2.1晶体结构

§1.2.2磁性质

§1.2.3输运性质

§1.2.4元素掺杂效应

§1.3本章小结

第二章Cu掺杂La1-xPbxMnO3单晶中的再入金属—绝缘体转变研究

§2.1单晶生长及实验方法

§2.2单晶的结构和组分分析

§2.3Cu掺杂对La1-xPbxMnO3单晶磁性质的影响

§2.4La1-xPbxMn1-x-yCuyO3单晶中的磁热效应

§2.5La1-xPbxMn1-x-yCuyO3单晶中的金属—绝缘体转变

§2.6La1-xPbxMn1-x-yCuyO3单晶中的热电势性质

§2.7本章小结

第三章La0.98Pb0.02Mn0.74Co0.25O3单晶中的相分离行为研究

§3.1单晶生长及测试方法

§3.2电输运性质

§3.3磁性质

§3.4热电势和热导率性质

§3.5本章小结

第四章Ti掺杂Ca3Co4-xTixO9单晶的物性研究

§4.1单晶生长及测试方法

§4.2样品的XRD结果分析

§4.3Ti掺杂对Ca3Co4O9晶体磁性质的影响

§4.4Ti掺杂对Ca3Co4O9单晶电输运性质的影响

§4.5Ti掺杂对Ca3Co4O9单晶热电势行为的影响

§4.6Ti掺杂对Ca3Co4O9单晶热导率行为的影响

§4.7本章小结

第五章La1.2Sr1.8Mn2O7单晶中的光磁效应研究

§5.1单晶生长和实验手段

§5.2电磁性质表征

§5.3光磁效应实验结果

§5.4实验结果讨论

§5.5本章小结

第六章总结与展望

参考文献

攻读博士期间所取得的科研成绩

致谢