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本论文从研究新型的晶界间隧穿型磁电阻材料的目的出发,研究的重点放在了多晶有序双钙钛矿结构氧化物Sr2FeMoO6方面。这是自1998年Kobayashi等人发现了Sr2FeMoO6材料具有室温低场磁电阻(MR)效应以来,一直受到人们广泛关注的材料之一,也是当今凝聚态物理和材料科学领域中较前沿的研究对象。全文共分为六章,每章的主要内容概述如下。
第一章介绍了最近几十年受到人们广泛关注的自旋极化现象及隧道巨磁电阻效应,并且介绍了被人们普遍接受的几种用以解释隧道巨磁电阻效应的理论模型。同时对受到人们广泛关注的钙钛矿结构锰氧化物及双钙钛矿结构氧化物的晶体结构、电磁输运性质进行概述。最后介绍了磁电阻效应在实际生活中的应用前景以及所存在的问题,并简要阐述了本论文的研究目的。
第二章对利用溶胶-凝胶法制备出具有不同晶粒尺寸的有序双钙钛矿结构氧化物Sr2FeMoO6多晶材料进行了研究。通过在不同的温度下(800~1000℃)进行烧结,得到了不同晶粒尺寸(34~45nm)的纳米量级多晶样品。通过对其XRD结果进行拟合表明:在低温烧结的样品具有较小的晶粒尺寸。晶粒尺寸和晶格参数的变化归因于烧结温度的改变,当烧结温度提高时晶粒尺寸会随之增大。在对其电输运性质的研究中发现,随着晶粒尺寸的增大,电阻率减小并且在居里温度Tc附近均发现了金属.绝缘体转变,同时MR效应随着晶粒尺寸的增大而减小。其电输运性质取决于巡游电子在晶界间的隧穿,当晶粒尺寸减小晶界增多时,其电阻率随之增大。MR效应不仅仅与晶界间电子的散射有关同时还受到了晶粒内的Fe/Mo有序度的影响。在对其磁输运性质的研究中发现,随着晶粒尺寸的增大,饱和磁化强度Ms逐渐增大并且居里温度Tc也随之增高,归因于在高的烧结温度可以造成晶粒内部的Fe/Mo有序度的提高。
第三章通过在利用溶胶-凝胶法制备出的纳米级Sr2FeMoO6多晶样品晶界间引入第二相的方法,系统地研究了自旋极化电子在晶界间的隧穿机制。利用在Sr2FeMoO6多晶样品晶界中引入了纳米级的非磁性CeO2晶粒的方法,制备出了[(Sr2FeMoO6)1-x/(CeO2)x:x=0,0.05,0.1,0.2,0.3,0.5]样品。在对一系列的样品的电输运性质的研究中发现,随着CeO2含量的提高其电阻率逐渐增大,表明CeO2的引入增高了巡游电子在晶界间隧穿的势垒。同时随着CeO2含量的增加,样品的MR效应也随着增加,外加磁场增加了巡游电子在晶界间的隧穿几率。
第四章系统地研究了有序双钙钛矿结构氧化物Sr2FeMoO6多晶材料Fe位掺杂Cr离子的电磁输运性质。XRD实验数据表明Cr离子可以替代Sr2FeMoO6材料中Fe离子的位置进行占据,并且没有杂相的产生。随着Cr离子的引入,相同条件下制备的样品晶粒尺寸有所减小,并导致了其电阻率随着Cr离子掺杂量的增加而增大。同时,由随着Cr离子的引入,其饱和磁矩随之减小,归因于Cr离子具有比Fe离子较小的磁矩。
第五章对脉冲激光沉积法和化学溶液沉积法制备Sr2FeMoO6薄膜材料的制备工艺进行了探索,以及对部分Sr2FeMoO6薄膜样品的电磁输运性质进行了研究。结果表明,通过脉冲激光沉积法可以制备出具有高致密度的Sr2FeMoO6/Si薄膜样品,但是并没有发现其具有明显的MR效应,但是却具有了不寻常的较高的居里温度。同时利用化学溶液沉积法可以在单晶LaAlO3上制备出Sr2FeMoO6薄膜样品
第六章对全文进行了总结。