钙钛矿结构La<,1-x>MnO<,3>和La<,1-x>A<,x>MnO<,3>的磁电阻特性

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由于钙钛矿锰氧化物R<,1-x>A<,x>MnO<,3>(R为三价稀土金属离子,A离子一般为二价碱土金属离子)在磁记录、磁探测及磁传感器等方面的潜在应用价值以及它的科学意义受到国内外科研单位的极大重视。1994年Jin等人发现的La<,2/3>Ca<,1/3>MnO<,3>薄膜在居里温度附近具有庞磁电阻(colossal magnetoresistance,CMR)效应并伴有顺磁一铁磁相变,使得这一领域的研究成为凝聚态物理的热点问题之一。 利用固态反应法制备了La<,0.9>MnO<,3+δ>,La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>多晶样品和脉冲激光沉积法(PLD)制备了La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>外延薄膜样品,并有选择地对样品进行氧气退火。用x射线衍射仪对样品的晶体结构进行了检测,物理特性测量系统(PPMs)对样品的磁电阻和比热进行了测量,超导量子干涉仪(SQUID))对样品磁化强度的温度关系进行了测量。 La<,0.9>MnO<,3+δ>多晶样品的x衍射图表明,样品中没有杂相;La<,0.9>MnO<,3+δ>多晶样品的电输运测量结果显示,在退火过的样品的ρ-T曲线上出现两个峰值,而没退火的样品却只有一个峰;且没退火样品的电阻率比退火的电阻率大很多。这是因为退火样品由于在氧气中退火导致样品中的氧含量增加才造成电阻率的降低,又因为样品中的各个区域增加的氧含量不均匀造成了样品中出现了不同的相从而导致相分离,ρ-T曲线上两个峰值正是不同相的磁转变温度位置不同造成的。另外在ρ-T曲线的低温部分发现了反常现象,电阻随着温度的降低反而升高,结果表明在低温区域样品表现自旋玻璃态行为。磁电阻结果表明,退火后的样品的磁电阻比没退火的样品磁电阻大的多,而且部分退火样品有两个磁电阻极值峰,这进一步说明氧含量对样品电性和磁性以及磁电阻有很大影响,特别是在低温处的峰更容易受氧含量的影响。 在多晶样品La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>的xRD衍射图像中找到了与CeO<,2>相对应的特征峰,说明多晶样品La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>中可能存在CeO<,2>的杂相。我们还比较了退火10小时和4小时的多晶样品的电阻率,发现前者的电阻率比后者低,而且TP比后者高,这是因为退火时间长的样品中的氧含量高导致的。从氧含量对电阻率和TP位置的影响,我们认为La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>可能是空穴型掺杂锰氧化物。 另外,还比较了La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>外延薄膜和多晶块材的磁电阻。结果表明,外延薄膜的磁电阻比多晶样品大许多。这是因为薄膜样品是用脉冲激光沉积法技术(PLD)在SrTiO<,3>(100)单晶衬底上形成的,La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>晶格和衬底晶格的不匹配导致两种晶格间有相互作用(strain effect),从而使得La<,0.7>Ce<,0.3>MnO<,3>晶格畸变成更易吸氧的结构,而氧含量的增加提高了T<,P>值,同时导致电阻率的降低和磁电阻的增大。
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