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本文采用磁控电弧熔炼法制备了过渡金属化合物MnTet1-xSbx,和稀土-过渡金属三元化合物CeCoSi2和LaCoSi2,采用直流反应溅射法在不同基片上制备了一系列不同厚度的La0.67Sr0.33MN03和La0.67Ca0.33MN03薄膜,采用光学光刻(photolithography)等手段在薄膜上制备了霍尔结构。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、原子力显微镜(AFM)、X光电子能谱(XPS)等分析测试手段研究样品的相组成、结构、成分变化、表面形貌以及各元素的价态。使用超导量子干涉仪(SQUID)、物理性能测试仪(PPMS)、Keithley220电流源和Keithley181纳伏表等设备测量样品的磁性、电性、比热和霍尔电压。主要研究了MnTe1-xSbx系列化合物的磁性和电输运性质,CeCoSi2化合物的相组成和磁性、电性;尝试合成LaCoSi2化合物,并研究了其磁性和电性;系统研究了无应力作用和产生应变La0.67Sr0.33MN03和La0.67Ca0.33MnO3薄膜的载流子浓度,利用能带理论对其进行了解释。
在MnTe1-xSbx(x=0,0.1,0.15,0.2和0.25)体系中,用少量Sb替代反铁磁半导体化合物MnTe中的Te,来研究MnTe1-xSbx化合物的磁性和电输运性质。研究发现,MnTe1-xSbx化合物的晶体结构均为NiAs型六方结构,当x≥0.15时出现杂质相MnSb。Sb原子很难固溶到MnTe晶格中去。但MnTe1-xSbx化合物的磁性对结构常数和成分的微小改变非常敏感。少量Sb的替代也可以改变Mn-Mn原子间距和Mn-Te-Mn的键角,使得MnTe0.9Sb0.1化合物表现出亚铁磁性,但仍然保持半导体的导电特性。在低温区,可以用Mort变程跃迁导电机制来解释其输运性质。在高温区,化合物表现为热激活的半导体导电行为。
生长在不同衬底上不同厚度的La0.67(Ca,Sr)0.33MN03薄膜,由于应力的影响其金属一绝缘体转变温度发生改变。应力释放和没有受到应力作用的薄膜,空穴浓度均接近于每个元胞1(准确值为0.7)。而产生应变的薄膜,其空穴浓度约为每个元胞0.3。我们用Jahn-Teller畸变和能带理论对产生这种载流子浓度差异的原因进行了合理的解释。
采用磁控电弧熔炼和长时间高温退火的方法合成CeCoSi2和LaCoSi2化合物。在尝试了不同的退火条件后发现,1000℃下退火21天是最佳条件。CeCoSi2化合物具有CeNiSi2型结构。场冷磁化曲线表明磁化强度基本不随温度变化,表现为泡利顺磁性。由于近藤晶格的影响,零场冷曲线在较低温度显示宽化的最大值。此宽化的最大值随外场的增加而向低温偏移,在500 Oe场下完全消失。杂相对磁性影响不大。CeCoSi2化合物的电阻和温度的关系显示为金属导电。这是由于大量杂相的存在,杂相的导电行为占主导地位。LaCoSi2化合物初步确定为CeNiSi2型结构,磁性为泡利顺磁性。电阻与温度关系表现为金属导电行为。