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由于庞磁电阻效应以及一系列独特的物理现象的发现,钙钛矿锰氧化物在过去的十几年间一直是强关联凝聚态物理领域中的研究热点,无论理论上还是实验上都开展了很多工作。但到目前,还有很多关于磁性关联的基本问题没有解决。电子自旋共振(ESR)是一种研究磁性关联的很有效的的实验手段。通过测量样品的变温ESR谱线,分析谱线参数随温度的变化关系,能够获得很多关于静态和动态磁耦合的信息。本文利用电子自旋共振(ESR)技术对多种锰氧化物进行了深入研究,包括AB03型以及层状La2-2xSr1+2xMn2O7锰氧化物体系,获得了关于磁性关联的很多信息,有助于理解这一体系的基本问题。具体实验及结果如下:
(1)研究了Fe掺杂对La0.67Ca0.33MnO3(x=0.04)磁性的影响,尤其是在铁磁-顺磁转变温度附近磁性的变化,这个转变与CMR效应有密切联系。通过分析掺杂前后ESR谱线的变化,以及谱线参数随温度的变化,发现Fe加入后系统相分离开始出现的温度由Tc以上变为Tc以下,而且铁磁团簇尺寸变小。Fe的掺杂削弱系统内的双交换作用和铁磁关联。
(2)利用ESR和直流磁化率研究了电荷有序的锰氧化物Pr1-xCxMnO3(x=0.4,0.5)体系,研究发现在顺磁相里存在铁磁自旋关联,这些铁磁关联随着电荷有序态的形成逐渐变弱,同时逐渐翻转为反铁磁关联,最后在反铁磁有序态形成时完全消失。
(3)研究了层状锰氧化物La2-2xSr1+2Mn2O7(x=0.38)单晶的MnO2双层间(interlayer)的耦合能。谱线中出现了代表层间反铁磁关联的高场光学模和低场声学模。通过分析声学模与光学模的共振场与积分强度随温度的变化发现,发现这些层间的反铁磁随着温度的变化逐渐发展,其变化规律与中子散射实验结果相同。这表明利用铁磁共振方法能够研究层状锰氧化物La2-2xSr1+2xMn2O7的层间耦合,研究结果为这个体系内磁性关联的研究提供了一种新的方法。
(4)研究了反铁磁层状锰氧化物La2-2xSr1+2xMn2O7(x=0.45)单晶的各向异性自旋关联,研究发现ESR谱线在一个很宽的温度范围包含顺磁峰和铁磁峰,而且这个铁磁共振信号是由局域的层内铁磁团簇所引起的。通过分析谱线的积分强度随温度的变化,发现在顺磁相里存在局域的铁磁关联与反铁磁关联竞争。同时发现铁磁共振信号温度低于反铁磁有序转变温度TN~200 K时发生劈裂,同时观察到了声学模和低场光学模的存在,表明在反铁磁有序温度TN以下,MnO2双层间(interlayer)存在反铁磁关联;
(5)研究了电荷有序层状锰氧化物La2-2rSr1+2xMn2O7(x=0.6)单晶中的反铁磁自旋关联。研究表明,在电荷有序温度Tco以下,谱线中同时存在顺磁和反铁磁共振信号。对ESR谱线参数随温度变化的进一步分析发现,在顺磁相里存在弱的铁磁信号,而在电荷有序相里存在反铁磁关联;在电荷有序相里铁磁和反铁磁的竞争导致了ESR共振积分强度在Tco附近出现一个很宽的峰。研究结果同时表明,在反铁磁基态里,随着温度的降低,反铁磁关联随温度的降低而逐渐增强。因此可以看出,通过ESR研究得到了La2-2xSr1+2xMn2O7(x=0.6)单晶的完整的各向异性自旋关联以及其随温度的变化规律。