Sm2O3和Eu2O3第二相引入对La0.67Ca0.33MnO3电磁输运性质的影响

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掺杂的钙钛矿锰氧化物由于其接近100%的自旋极化率、绝缘体-金属(I-M)转变、电荷有序、超巨磁阻(CMR)效应等丰富的物理内涵以及在磁存储器、光电子器件等方面的潜在应用价值,成为强关联电子材料体系的重要分支。然而在这类材料中,基于双交换作用的CMR效应需要外加很大的磁场且只发生在接近材料居里温度(Tc)的较窄的温度区间,限制了它的实际应用。而在外加较小的磁场时就能在很宽的温度范围内观察到的基于晶界效应的低场磁电阻(LFMR)效应,可能存在更广阔的前景。但是,较高的LFMR往往出现在远低于Tc的低温段,而接近室温范围的LFMR还达不到实际应用的需求。本论文采用溶胶-凝胶法制备择优掺杂的La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)作为母体,通过固相烧结法引入化学性质相似但是物理性能不同的Sm2O3、Eu2O3作为第二相。通过改变Sm2O3/Eu2O3的添加量x(mol%)和复合材料的烧结温度T、保温时间t,希望在接近Tc的较高温度范围内实现更大的LFMR,并且深入探讨复合材料的电磁输运机理。本研究用X射线衍射(XRD)表征复合材料的结构,用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征复合材料的形貌,用四探针法测量复合材料的电阻率-温度(ρ-T)曲线以及磁电阻-温度(MR-T)曲线。实验结果表明,(1)材料中LCMO和Sm2O3/Eu2O3两相共存,且随着Sm2O3/Eu2O3的添加量以及烧结温度和保温时间的增加,Sm3+/Eu3+离子对LCMO晶格A位离子的取代上升;(2)Sm2O3和Eu2O3的引入对LCMO的电输运性质造成了显著的影响。当T=1000℃,t=3h时,随着Sm2O3和Eu2O3添加量的增加,LCMO-Sm2O3/Eu2O3复合材料的电阻率迅速增大,并且在LCMO-Sm2O3复合材料中观察到两个I-M转变。导致复合材料电阻率增大的原因可能是随着Sm2O3和Eu2O3添加量的增大,晶界的体积分数和磁无序度增加,增强了晶界对载流子的散射作用。随着烧结温度和保温时间的增加,LCMO-Sm2O3复合材料的电阻率先减小再增加,LCMO-Eu2O3复合材料的电阻率基本呈减小趋势。这可能是因为:一方面随着复合材料的烧结温度和保温时间的增加,Sm3+/Eu3+离子对A位离子的取代上升,双交换作用减弱,另一方面,LCMO晶粒长大,晶界体积分数减小,晶界对载流子的散射作用减弱;(3)Sm2O3和Eu2O3的引入很好的改善了LCMO的磁电阻性能。外加500 mT垂直磁场,当T=1000℃,t=3h时,在LCMO-0.03Sm2O3复合材料中观察到低于260 K的增强的LFMR;当T=1100℃,t=3h时,在LCMO-0.03Sm2O3复合材料中观察到150-250 K范围内变化不超过3%的增强的LFMR;当T=1100℃,t=5h时,LCMO-0.03Sm2O3复合材料中观察到接近100 K的超过50%的LFMR;当T=1000℃,t=7h时,在LCMO-0.01Eu2O3复合材料中观察到150-250 K的范围内大于10%的增强的LFMR。整体而言,LCMO-Sm2O3复合材料的磁电阻性能优于LCMO-Eu2O3复合材料。
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