LaCaMnO的电子能态密度以及NdZrMnO的磁化逆转现象研究

摘要

类钙钛矿结构的稀土锰氧化物因为其显著的CMR效应而引起了人们的兴趣。这类材料不仅在自旋电子器件中具有潜在的应用价值，其本身也为凝聚态和材料物理的研究提供了良好的场所。本论文中，我们利用溶胶-凝胶法分别制备了空穴和电子掺杂的稀土锰氧化物，并对其物理性质进行了较为系统的研究。 在晶粒连通性比较好且经过抛光处理的La0.67C80.33MnO3块体上用磁控溅射的方法制备了La0.67Ca0.33MnO3／Al2O3／Al隧道结，通过分析不同温度下dI/dV-V曲线得到了La0.67Ca0.33MnO3在费米面附近电子能态密随温度的变化关系。我们发现，居里温度之下电子能态密度对能量的依赖程度要大于居里温度附近以及之上的依赖程度；用公式G（V）=G0[1+（｜V｜/V*）n]对费米能级附近（｜E-EF｜≤0.3eV）不同温度下的隧穿电流与电压的关系曲线进行了拟合，拟合结果显示，体系在低温下表现出很好的金属性质，并且属于强无序体系，电子-电子相互作用比较明显。 成功地合成了Nd1-xZrxMnO3（x=0，0.05，0.1）以及Pr1-xZrxMnO3（x=0，0.05，0.1）化合物。XPS分析结果表明，Zr掺杂后的Nd1-xZrxMnO3（x=0.05，0.1）和Pr1-xZrxMnO3（x=0.05，0.1）样品中Mn以Mn2+和Mn3+离子的形式存在，说明样品是电子掺杂型的。Nd1-xZrxMnO3的FC以及ZFC的M-T曲线中，磁化强度均出现了负值，即出现了磁化逆转现象。而同属于轻稀土元素且在元素周期表中与Nd相邻、离子半径相近的元素Pr掺杂的系列样品Pr1-xZrxMnO3（x=0.05，0.1）在整个温度范围内都没有表现出磁化逆转现象，结合前人的研究结果我们提出，Nd1-xZrxMnO3（x=0.05，0.1）中磁化强度逆转现象是由两套亚铁磁排列的子晶格Mn2+／Mn3+（M23）和Mn3+／Mn3+（M33）以及它们与Nd3+离子之间负的f-d交换作用共同引起的，Nd3+在13 K以下完全有序，净磁矩与磁场方向相反，导致负的磁化强度。Nd1-xZrxMnO3（x=0，0.05）的比热与温度的关系进一步证明了上述观点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1 钙钛矿锰氧化物的晶体结构

1.2钙钛矿锰氧化物的电子结构

1.3庞磁电阻效应

1.4 电荷有序

1.4.1 电荷有序现象的发现及原因分析

1.4.2各种因素对电荷有序的影响

1.5锰氧化物中的相分离

1.6 电子掺杂锰氧化物的研究

1.7隧道效应理论及其发展和利用

1.7.1扫描隧道显微镜对表面形貌的测量

1.7.2超导带隙的测量

1.7.3钙钛矿锰化物电子能态密度的研究

1.8本论文的研究动机和主要工作

1.8.1 La0.67Ca0.33MnO3的电子能态密度的研究

1.8.2 对Nd1-xZrxMnO3(x=0.05，0.1)表现出的磁化逆转现象的研究

第二章样品的制备和表征手段

2.1实验方法介绍

2.1.1溶胶-凝胶方法

2.1.2磁控溅射方法

2.2样品制备

2.2.1 空穴掺杂La0.67Ca0.33MnO3相关样品制备

2.2.2 电子掺杂钙钛矿锰氧化物样品制备

2.3样品的表征手段

2.3.1 X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)

2.3.2扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)

2.3.3 原子力显微镜

2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)

2.3.5物理性质测试系统(PPMS-9)

第三章 La0.67Ca0.33MnO3的电子能态密度研究

3.1 La0.67Ca0.33MnO3/Al2O3/Al隧道结的制备

3.1.1 La0.67Ca0.33MnO3底电极的制备及性质

3.1.2 Al2O3势垒层的制备

3.1.3绝缘层和Al电极的制备

3.2隧道结的电流-电压(I-V)曲线及分析

3.2.1 判断隧穿的标准及对隧道结质量的检测

3.2.2隧道结的I-V特性曲线

3.2.3温度对电子能态密度与能量关系的影响

3.3 La0.67Ca0.33MnO3费米面附近的电子能态密度研究

3.4本章小结

第四章 对Nd1-xZrxMnO3表现出的磁化逆转现象的研究

4.1样品的制备和结构

4.2金属元素化合价的研究

4.3磁化强度随温度的变化曲线

4.4对磁化逆转现象原因的分析

4.4.1分子场理论

4.4.2 对磁化逆转现象的解释

4.4.3 Nd-Mn之间以及Nd-Nd之间的相互作用

4.5低温下Nd3+离子有序的进一步证明

4.5.1 与Pr掺杂样品的对比

4.5.2 比热测量

4.6本章小结

第五章结论

参考文献

致谢