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混价钙钛矿锰氧化物,作为凝聚态物理学中的一种强关联电子系统,呈现各种各样丰富的磁电性质,特别是在铁磁转变温度附近表现出了异常的庞磁电阻效应,激发人们的研究兴趣,从而进行大量的理论和实验研究。我们知道,庞磁电阻效应在工业上具有重要的应用价值,例如磁记录的读磁头,磁传感器等。因此优化庞磁电阻材料的居里温度和磁电阻将会对凝聚态物理的许多领域的发展和完善起到重要的推动作用。由于Mo和Ru在掺杂过程中会出现混合价态,进而引起体系不同寻常的变化。基于此,本论文中,选择居里温度在室温附近的钙钛矿锰氧化物La0.7Ca0.2Ba0.1MnO3作为研究对象,采用高价态Mo离子、Ru离子对Mn位微量替代,研究高价态离子掺杂对这类材料的晶体结构、磁性质、电输运性质以及CMR效应的影响,获得了有价值的结果。
本论文共分为以下五个章节:
第一章首先概括介绍了各种磁电阻效应类型,其次阐述了锰氧化物的晶体结构、电子结构、磁结构、电输运特性和磁电阻效应及这类材料CMR效应可能的物理机理,然后概述了不同的掺杂对钙钛矿锰氧化物RE1-xAExMnO3体系电磁输运行为和磁电阻效应的影响。最后阐述了本文的研究思路和主要的研究内容。
第二章简述了本论文实验中采用样品制备工艺方法和物性分析方法,包括样品的制备工艺—固相反应法、样品的结构表征以及样品的电、磁输运性质等性能的测量手段和基本的原理,主要包括X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、超导量子干涉仪(SQUID)和标准四探针法。
第三章研究了采用固相烧结法制备的La0.7Ca0.2Ba0.1Mn1-xMoxO3(x=0,0.01,…0.06)多晶样品的晶体结构、磁性和磁电阻效应。微量的Mo掺杂对样品的晶体结构没有明显改变研究了Mo掺杂对样品的结构、磁性和磁电阻的影响。X射线衍射谱证实所有样品均为具有正交对称性的钙钛矿结构。零场冷却(ZFC)和加场冷却(FCH=0.01T)下其磁化曲线-温度(M-T)曲线的测量表明样品随温度降低发生了从顺磁(PM)到铁磁(FM)的相变,T<Tc时样品呈现出团簇玻璃态。随Mo掺杂量的增加,样品的居里温度发生了显著变化,从x=0的294.2K降低到x=0.06的240.83K。零场和外加磁场(H=1.5T)测量得到样品的ρ—T曲线表明随温度降低(300K~5K)样品的导电行为发生了从绝缘体到金属的相变,相转变温度与居里温度一样随着掺杂量的增加而明显降低(≈50K)。磁阻温度曲线表明Mo掺杂提高了相变点附近的磁电阻效应,当x=0.0时,磁阻为14.11%,当x=0.06时,磁阻达到45.32%,增强了三倍多。在低温区0.1<(T/Tc)<0.5,电阻率随温度以ρ=ρ0+ρnTn(2<n<2.5)规律变化,主要是由电子—声子散射和电子—磁波子散射共同起作用的结果。
第四章研究我们研究了多晶样品La0.7Ca0.2Ba0.1Mn1-xRuxO3的晶体结构、磁性质。X射线衍射谱结果表明,所有样品均为具有正交对称性的钙钛矿结构,微量的Ru掺杂没有明显改变对样品的晶体结构,晶格常数和晶胞体积增大。VSM测试结果表明,所有样品的在室温下呈顺磁态,随Ru掺杂量增加,样品磁性减弱。第五章首先对全文进行总结,然后提出了今后的工作展望。