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因为巨磁阻效应的发现,具有钙钛矿结构的锰氧化物La1-xCaxMnO3受人们的广泛关注。因为其中的电子轨道,自旋,电荷,晶格之间的复杂的相互作用,这类材料表现出丰富的物理现象,如金属-绝缘体的转变、电相分离、磁转变和电荷有序态等现象。巨磁电阻锰氧化物是在母体化合物LaMnO3的La位置上进行三价或二价元素掺杂而形成的。如La1-yRyRexMnO3锰氧化物(R为三价稀土元素,如Y,Pr和Nd等;Re为二价碱土元素,如Ca,Sr和Ba等),以得到不同价态的Mn离子,从而改变母体化合物的晶体结构、电磁性质等,甚至导致微纳米尺度上的本征不均匀性。微观尺度上的不均匀性必然会导致材料广义介电常数和磁化率的不均匀性,它会对入射光的吸收系数和反射系数造成显著的变化,导致不同频率下的光的透射和反射强度随频率和空间位置的不同而发生变化。对比材料内部不同区域的微观尺度上的光谱可以揭示材料内部不同区域的电子跃迁、声子行为、元激发、电声子相互作用等复杂的物理过程的不同点。通过一定的处理方法,便可以直接显示微观不均匀性的图像。由于新型窄带关联电子材料的带隙和声子振动在红外波段,所以研究其红外光学性质对于深入理解其电子—声子相互作用,带内(间)电子跃迁,磁性随温度演化等众多的元激发过程尤为重要。
本文采用固相反应法制备了La2/3-xYxCa1/3MnO3(x=0,0.07,0.1,0.14)系列样品。对其晶体结构和电子输运特性、变温中红外光谱和激光显微共聚焦散射拉曼光谱进行了测试、表征和分析。论文结构如下:
第一章对锰氧化物的晶体结构、电磁特性、表征手段和选题意义进行了叙述。
第二章着重介绍了La2/3-xYxCa1/3MnO3(x=0,0.07,0.1,0.14)系列样品的制备过程和红外、拉曼光谱的实验原理及实验装置。
第三章,测量了样品的X射线衍射,对样品结构进行了研究。观测到随着Y掺杂的增多,四种样品的特征衍射峰向高角度逐渐移动。在75K~300K的范围内采用四探针法来测试了样品的电阻率随温度变化的曲线。对于低掺杂的样品,其电阻率随温度的变化曲线显示它们在一些特定温度发生了由低温下的金属性导电到高温下半导体导电行为的转变。当Y掺杂较高时,这种转变消失,样品完全为绝缘体。在H=10Oe外加磁场下,用SQUID(超导量子干涉仪)测量了样品的磁性质。发现铁磁转变温度(即居里温度Tc)会随掺杂量Y的增加而明显减小。当掺杂量Y达到x=0.14时,样品不再呈现出顺磁—铁磁的转变,取而代之的是一种顺磁至反铁磁的转变过程。
第四章和第五章,对样品的红外光学和拉曼光谱进行了研究。对于未掺杂的样品(x=0),高温区域其远红外反射光谱很明显呈现出四个特征峰;但其中两个峰会随着温度的降低逐渐消失。高温下,特征峰的峰位会随温度的降低在铁磁的转变温度处呈现出很大变化。而对于掺杂Y的样品,这四个远红外反射光谱特征峰一直很明显的保持,不会随温度发生变化,尽管在磁性测量研究中表明掺杂Y的样品也会有明显的磁转变行为。但在中红外反射谱中Y掺杂样品在其磁转变温度附近发现很明显的转变。结合MnO6晶格振动模式和Jahn-Teller效应,可以对结果给出了定性解释。每种样品在激光拉曼光谱上都呈现出高波数峰(~610cm-1)、中波数峰(~450cm-1)和低波数峰(~220cm-1)三个明显的特征峰。但其中三个样品峰随温度变化没有较为明显的规律性。