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作为一种典型的强关联材料体系,钙钛矿型过渡金属氧化物具有丰富的物理内涵和重要的应用前景。自上个世纪五十年代以来,人们在其中发现了超导电性、庞磁电阻、反常霍尔效应、多铁性和大的热电效应等奇特物理性质,以此为契机展开了对这个体系内自旋、电荷、轨道以及晶格畸变等相互作用的研究,从而揭示了电荷序、轨道序、自旋序、相分离、玻璃态、金属绝缘体相变和磁相变等有趣的物理现象。这些现象跟凝聚态物理中许多基本问题都密切相关,对现有的强关联电子体系的认识起到极大的促进作用。 在内部刺激比如掺杂或者外环境比如压强、温度、电场或者磁场的作用下,钙钛矿结构过渡金属氧化物能够表现出令人惊讶的结果。本论文主要就是关注在掺杂和外磁场处理下,锰氧化物和钌氧化物的结构、电阻率、磁性、塞贝克系数及霍尔电阻等行为的改变,以期对凝聚态物理的发展尽一丝绵薄之力。论文的框架和主要研究结果如下: 第一章概括介绍了具有钙钛矿结构的锰氧化物和钌氧化物各种各样的性质及现有的物理图像。主要以碱土掺杂的稀土锰氧化物和碱土钌氧化物为研究对象,详细地阐述了其晶格和电子结构以及相关的输运性质,并介绍了目前存在的一些问题和不明之处,从而引入接下来的研究工作。 第二章介绍了在掺杂情形下锰氧化物性质的改变。通过Mn3+和Ru4+之间的t2g铁磁超交换作用,对窄带宽锰氧化物Pr1-xCaxMnO3(0≤x≤0.6)中的铁磁性进行调制。在窄带绝缘体PrMnO3中,将Ca2+和Ru4+同时取代相应位置的Pr3+和Mn3+,可以得到Pr1-xCaxMn1-xRuxO3。在这里将这种实验处理方法叫做双掺,并且把得到的物质命名为PCMRO。通过对掺杂比例在[0,0.6]之间样品的研究,探索了Ru4+和Mn3+之间的相互作用,并且在以PrMnO3为母体的锰氧化物中,其对铁磁性的调控扮演着十分重要的角色。研究表明,随着晶格畸变的增加,PCMRO始终是一个均匀的固溶体。Ru4+的出现和Mn4+的缺失破坏了Mn3+-Mn4+的eg轨道的双交换作用。与此同时,Ru4+在晶格中的随机分布,也破坏了电荷有序相,阻止了电子相分离的发生。依据这些现象,本该发生的反铁磁绝缘态却没有出现。而与此相反,磁性数据显示随着掺杂的进行,铁磁相变温度反而变高。当掺杂比例在0.2和0.3之间时,磁化强度甚至达到了大约1.0μB/f.u.,远远大于Pr1-xCaxMnO3在弱铁磁绝缘态时的磁矩,该磁矩的大小还不到0.1μB/f.u.。因而我们推测,这种强铁磁性实质上是源于Mn3+和Ru4+之间的t2g轨道铁磁超交换作用,并且构建了一个简单的几何网格模型,来对磁性和电输运性质进行半定量的模拟和研究。 第三章通过引入A位离子无序,对SrRuO3电输运和磁性的高稳定性进行了研究。众所周知,在钙钛矿结构的碱土金属钌氧化物中,其电输运和磁性很不稳定,极容易受到晶格畸变的影响,而晶格畸变的产生往往就跟A位离子的尺寸失配相关。在这类钌氧化物中,相比于正交相的CaRuO3和立方相的BaRuO3,正交相的SrRuO3独树一帜,在电输运和磁性方面呈现出截然不同的性质。这就给人一种错觉,SrRuO3在内部或者外界的干扰之下很难再维持其磁性和电输运的性能。在第三章的工作中,我们用Ca和Ba同时在Sr位上进行掺杂,制备出了一系列以SrRuO3为母体的陶瓷样品Sr1-xAxRuO3。其中A表示保持适当化学计量比的Ca和Ba,以使每个样品都能保持相同的A位离子平均半径。与此同时,所有的样品也都在A位上出现了尺寸失配,有着不同的无序度。接下去的研究表明,在A位上引入离子无序之后,Sr1-xAxRuO3的磁性和电输运性能表现出相对较高的稳定性,与SrRuO3相比,并没有发生大的改变。所有的这些行为都能用一个简单的电输运网络模型得以定量地解释。目前可以确定,作为巡游电子铁磁性的金属,SrRuO3在局域晶格失措和离子无序占据时,仍然能保有相对较高的稳健性。 第四章挑选La0.225Pr0.4Ca0.375MnO3作为研究对象,对其在外磁场下的反常动态相分离进行调制与研究。在庞磁阻锰氧化物中,电子相分离态在温度、电场、和磁场等作用下如何演化以及如何对电子相分离态进行动态调控仍然是目前的研究热点。基于铁磁金属相(FMM)和反铁磁绝缘相(AFI)共存的具有La0.225Pr0.4Ca0.375MnO3(LPCMO),通过在特定温度点对系统进行磁训练的研究方法,对磁训练前后系统在低温下的电阻、磁性、热导率、霍尔效应和塞贝克系数的测量,研究了电子相分离态的演化以及磁训练对电子相分离态的调控。我们的研究表明:1)在AFI占主导的温区对系统的磁训练增大了该温区FMM的体积分数,但却阻碍了低温下AFI到FMM相变。这说明了系统的电子相分离不能完全用AFI和FMM两相的相互演化来描述,两相的分界处(或者是第三相)对外场和温度的响应表现出具有不同于AFI和FMM相的特征。2)在AFI占主导的温区对系统进行磁训练后,系统的塞贝克系数会发生极大地增加,同时低温冻结区的电阻率也会增加,磁化强度却有所降低。该研究为电子相分离态的调控提供了新的思路和方法。 第五章是论文的总结和未来的展望。通过对锰氧化物和钌氧化物在掺杂和外磁场下表现出的物理性质进行研究,可以发现这两种物质对内部和外部刺激的表现截然不同。锰氧化物体现出了高度的敏感性,而钌氧化物却很稳健。同时在具有相分离的锰氧化物中,外磁场能够显著地对畴结构进行调制。这些说明了钙钛矿结构的过渡金属氧化物中,各种电荷、自旋和轨道有序之间的竞争使得其表现出了复杂多变的物理性质。而通过双掺和定温磁循环的方式,也能进一步地对凝聚态物理中的一些问题,提供新的研究途径。