类钙钛矿结构锰氧化物庞磁电阻效应研究

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庞磁电阻效应(CMR)因其极其敏感的潜在应用价值和包含的极其复杂磁相互作用机理,而成为近几年材料物理学和凝聚态物理学中的一个重要课题。本文用固相反应法制备所有样品,系统地研究了A位三元掺杂的AMnO3类钙钛矿结构Mn基庞磁电阻材料的磁性、导电性和磁电阻效应。实验中发现了若干新现象,提出了关于庞磁电阻效应机制的进一步见解,丰富了对庞磁电阻效应的认识。 首先用振动样品磁强计较系统地研究了Ca掺杂(La,Nd)1-xCaxMnO3(x=0.21,0.33,0.41)系类钙钛矿型Mn氧化物的磁性、导电性和磁电阻效应及其与掺杂量及烧结温度、烧结时间、烧结次数等工艺条件的关系。结果表明烧结温度和烧结次数等材料制备工艺的变化都会改变表证材料性能的居里温度TC、电阻率转变温度TP和磁电阻效应。材料的磁性能及输运特性对固相反应工艺敏感。提高烧结温度可以明显地改善材料的磁电阻性能,但是会降低材料的电阻率转变温度,使出现庞磁电阻效应的温度向低温方向移动;延长烧结时间和增加研磨次数,也可以使材料性能稳定,提高材料的庞磁电阻效应。碱土元素掺杂比例的改变使Mn的平均价态产生变化,同时也改变了体系组成的离子平均半径,从而影响到钙钛矿结构的畸变程度,在掺杂比例为0.21~0.41之间,存在着具有磁电阻性能和导电性转变温度TP峰值的碱土掺杂比例。 在研究Ca掺杂Mn氧化物性能的基础上,开辟了不同碱土元素掺杂的La1/3Nd1/3B1/3MnO3(B=Ca,Ba,Sr,Pb)类钙钛矿型Mn氧化物系,用振动样品磁强计对其磁性、导电性和磁电阻效应进行了研究。结果表明低温下都表现出软铁磁性的四种碱土金属离子掺杂类钙钛矿型Mn氧化物在室温下,除了加Sr的样品外,其铁磁性特征都消失,说明室温时除了加Sr的样品外,都发生了铁磁性向顺磁性的磁相变。但室温下已经进入顺磁状态的掺Ca,Ba,Pb样品中La1/3Nd1/3Ca1/3MnO3材料的磁化曲线表现为完全的顺磁性,而La1/3Nd1/3B1/3MnO3(B=Ba,Pb)样品都表现出寄生铁磁性的磁化曲线特征。同时La1:3Nd1/3Ba1/3MnO3样品的电阻率随温度的变化在高于TP的230K附近又出现另外一个对磁场敏感的电阻率转变峰,外磁场强烈抑制这一额外的峰。室温寄生铁磁性现象和电阻率转变双峰现象的出现都归因为材料中存在铁磁—反铁磁磁双相的竞争。 进而,用超导量子干涉仪研究了La1/3Nd1/3Ba1/3MnO3样品的磁性和La1/3Nd1/3B1/3MnO3(B=Ca,Ba,Sr)类钙钛矿型Mn氧化物大磁场下的输运特性。结果表明La1/3Nd1/3Ba1/3MnO3样品在13(?)e微弱磁场下零场降温和带场降温测试的热磁曲线的磁性表现出截然不同的特性。零场降温后的热磁曲线表现出反铁磁磁性的特征,材料的磁化强度随温度的上升而增加,在230K出现最大峰值。而带场降温测试过程中,材料经过磁相变点建立磁有序后,随温度的进一步降低,磁化强度继续增加,表现出典型的铁磁性特征。带场降温和零场降温曲线在高温区重合,但在峰值以下,磁矩表现出明显的
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