锰位掺杂对La0.64(Sr/Ca)0.33MnO3材料结构及电输运机制的影响

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近年来在类钙钛矿结构的稀土锰氧化物RE1-xAExMnO3(其中RE为三价的稀土金属元素,如La、Pr、Nd、Sm或Bi,AE是二价的碱土金属元素,如Ca、Sr、Ba或Pb)中发现的庞磁电阻效应(简称CMR效应)成为国际上的热点研究课题,它不仅在磁传感器器件、磁记录读出磁头及磁随机存储器中具有较大的应用潜力,同时还包含着丰富且深刻的物理内涵,具有重要的基础研究价值。庞磁电阻效应总是出现在居里温度附近,偏离居里温度都会很快降低。由于CMR效应通常只有在高达几个特斯拉的磁场下才出现,而且使用温度也较低,这就限制了此类材料的应用。所以该方面的研究工作主要集中于元素掺杂和材料复合,以提高材料的低场磁电阻和室温磁电阻。镧系稀土锰氧化物La1-xAxMnO3(A=Sr、Ca、Ba等)材料的居里温度一般接近室温,这一特点促进了该材料体系的研究热潮,使其成为最具有应用前景的自旋电子学之一。本论文重点内容是以稀土空位CMR材料La0.64(Sr/Ca)0.33MnO3为母体,掺杂微量元素(Ti)实现锰位部分离子替代,用传统的高温固相反应法制备了一系列样品,对晶体结构、表面形貌、电特性作了分析。全文主要包括以下内容:第一、二章分别对磁电阻效应的研究简史、发展现状、产生的相关理论机制作了阐述,着重论述了具有庞磁电阻效应(CMR)的锰氧化物材料的基本性质,包括锰氧化物材料的晶体结构、电子结构,对庞磁电阻效应的几种理论机制作了简单的介绍;第三章介绍了传统的实验样品制备方法-固相烧结法,对于材料结构、形貌特征的表达,对应介绍了常规X射线衍射和环境扫描电镜等测试设备。关于样品的电性能测试,叙述了测电阻常用的标准四探针法。第四章总结样品制备工艺流程,并对样品的相结构、表面形貌进行了测试分析,得出所有样品的XRD衍射结果,表明均为单相,La0.64Ca0.33Mn1-xTixO3(x=0.0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.3)系列样品为正交晶体结构,对应空间群为Pnma。经SEM扫描,样品结晶良好。La0.64Sr0.33Mn1-xTixO3(x=0.0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.3)系列样品在引入掺杂离子和空位后,晶格发生畸变,晶体由正交结构向六方结构转变,结构空间群为R(?)c(167);第五章利用液氮低温系统和控温计采集了80K~350K范围内电阻随温度变化的关系(R-T)曲线,分析了样品的电特性。未掺钛的La空位La0.64Ca0.33MnO3样品的零场下电阻-温度(R-T)曲线显示其绝缘-金属转变大约在160K附近,和传统的无空位掺杂的La0.67Ca0.33MnO3样品的260K转变温度点有很大差异,说明A位空位的存在对转变温度有较强的抑制作用。La0.64Sr0.33Mn1-xTixO3系列样品随着钛掺杂量的增加,TP向低温移动。当钛掺杂在x=0.05,0.1浓度时,曲线明显有单峰出现,分别出现在250K、160K附近,即转变点出现。在测试过程中,Ti掺杂在x=0.05,当温度控制在340K附近时,R-T曲线山现小小的转折,推测在此温区有新的转变点。
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