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近年来掺杂锰氧化物由于其丰富的物理现象和潜在的应用价值,引起了实验和理论工作者的广泛注意。目前通常用双交换作用(DE)解释低温时的铁磁金属相(FM),用小极化子描述高温时的顺磁绝缘相(PI)。在本论文中,我们采用基于柠檬酸体系的溶胶-凝胶法合成了Pr0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3(X=0、0.1、……、1)、La0.8Ca0.2MnO3和La0.5Ca0.5MnO3的多晶粉末,并在高温下烧结成长条形块材。我们还采用脉冲激光沉积技术(PLD),在(100)取向的STO衬底上制备了Pr0.7(Sr1-xCax)0.3MnO3系列的单晶外延薄膜。通过X射线衍射技术、磁化强度和电阻率的测量,我们研究了样品的晶格结构和电磁性质。
在第三章中,X射线衍射结果表明我们的多晶样品是很好的单相,薄膜也具有很高的外延质量。我们用四引线法测量了电阻率温度曲线,并用小极化子模型和变程跃迁模型对所有曲线进行了拟合。拟合结果表明无论是多晶块材还是单晶外延薄膜在高温顺磁区都很好地符合了小极化子模型,这说明小极化子模型很好地描述了掺杂锰氧化物的电输运性质。我们得到了电阻率峰值温度(Tp)或居里温度(Tc)对A位离子平均半径以及电导激活能的电磁相图,并定性讨论了双交换作用和Jahn-Teller畸变对相图性质的影响。我们还通过不同的实验方法(包括在A位掺入Ca离子、加外磁场、脱氧)调节样品的Tc,小极化子模型拟合出来的数据给出了统一的Tc(或Tp)对Ehop的相图,由此我们讨论了小极化子跃迁、交换耦合诱导产生铁磁有序的物理图像。
在第四章中,我们将La0.8Ca0.2MnO3的多晶块材置于氩气和氢气的混合气体氛围下加热,对其进行连续的脱氧,通过称量样品脱氧前后的质量从而换算得到氧含量。随着氧含量的减少,样品的电阻率升高,Tp下降,电阻率温度曲线在高温顺磁区满足绝热小极化子模型,拟合出的电导激活能对Tp的曲线,表现为两条直线,其定性规律和第三章中的结果相一致,可以用小极化子跳迁诱导产生铁磁有序的物理图像来解释。
在第五章中,我们用第四章中的方法对La0.5Ca.5MnO3的多晶块材进行加热脱氧。电输运和磁性质的测量表明,在脱氧量较少时,随着脱氧时间的延长,样品的电阻率在高温段一直增加,而在低温段则先降低再升高。在脱氧量较多时,样品变为绝缘的。在低温段,脱氧先是抑制了反铁磁相,导致铁磁相的成分增加。进一步脱氧,则会减弱铁磁相。相分离导致的不均匀性和逾渗的概念可以解释样品电阻率和磁化强度的变化规律。