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钙钛矿体系锰氧化物由于具有巨磁阻效应而引起了人们的广泛关注,并在磁存储和磁感应器等领域有着潜在的应用。由于自旋、电荷、轨道和晶格之间强烈的相互作用从而使锰氧化物材料表现出各种电输运和磁性质。在本论文中,我们通过固相反应法合成了钙钛矿锰氧化物材料,研究了他们的结构、输运行为和磁性质,取得了一些有意义的结果。具体内容如下:
第一章简要介绍了钙钛矿锰氧化物材料的基本结构、输运行为和磁性质,详细阐述了一些基本的物理机制如双交换作用等。另外,我们还介绍了现在锰氧化物材料的研究进展。
第二章我们利用电子自旋共振谱研究了La0.75(CaxSr1-x)0.25MnO3(x=0,0.45,1)多晶样品极化子的磁性质。在顺磁区的ESR强度随温度变化的关系可以用热激活模型来描述。我们发现La0.75Sr0.25MnO3样品中的拟合所得到的激活能值比在La0.75Ca0.25MnO3样品中拟合所得到的激活能值大,这是由于在La0.75Sr0.25MnO3样品中的交换作用更强,要破坏这个作用需要更大的能量。对于La0.75(Ca0.45Sr0.55)0.25MnO3样品,我们发现在正交结构相中的激活能比在三方结构相中的激活能大,我们认为这是由于在正交相中存在关联极化子,而在三方相中不存在关联极化子,因此要破坏关联极化子内的相互作用则需要一个很高的能量。通过对ESR线宽数据的拟合分析,我们更加证实了我们的观点。对ESR线宽数据的分析可以用绝热小极化子的跃迁模型来拟合。当温度一定时,我们还可以看到随着Sr的掺杂量变大,ESR线宽逐渐变小,这表明容忍因子对ESR线宽起着重要的作用。
第三章我们通过对多晶块材La0.5Sr0.5MnO3样品分别在空气、氮气和氧气气氛退火,对其结构、磁性质和电输运性质进行了研究。通过对XRD和磁性质测量分析,可以发现,样品的晶体结构和居里温度没有发生明显的变化,我们认为退火气氛对样品的晶体结构和居里温度影响比较小。但是,不同气氛退火后的磁化强度值却不一样。我们认为这可能是由于不同气氛退火对铁磁相和反铁磁相的竞争产生了影响,从而影响了样品的磁性质。在空气和氮气气氛退火的样品在不加场下的电阻率随着温度的升高出现一个金属-绝缘转变,但是对于氧气气氛退火的样品却未能出现金属-绝缘转变。对于氧气气氛退火的样品在不加场下的电阻率随着温度的升高逐渐变小。我们认为,氧气气氛退火后会减少铁磁区域,而增加反铁磁区域,使反铁磁相的比例增加,在样品中的反铁磁相居于主导地位,结果导致氧气气氛退火的样品表现出一个不同的电输运性质。我们通过对不加场的各种气氛退火样品的电阻率分析认为,以往关于La0.5Sr0.5MnO3的不同报道可能是因为退火气氛的不同引起的。另外我们还发现,当加上一个外磁场后,对于氧气气氛退火的样品的电阻率随着温度升高可以看到一个金属-绝缘转变。我们认为加外场后会对铁磁相和反铁磁相的竞争产生很大的影响,从而导致氧气氛退火的样品出现金属-绝缘转变。综合上述实验结果,我们分析发现,通过气氛退火和加场会改变铁磁相和反铁磁相的竞争,从而影响磁性质和电输运性质。
第四章我们主要通过将不同烧结温度的样品在不同气氛条件下退火,研究了烧结温度和退火气氛对0.5掺杂La1-xSrxMnO3性质的影响,发现不同的烧结温度会对样品的电输运性质有影响。通过扫描电子显微镜(SEM)分析发现,在1450℃烧结样品的颗粒尺寸比1400℃烧结样品的颗粒尺寸要大而且晶界接触更紧密一些。通过电输运性质研究发现,在1450℃烧结样品的电阻率比1400℃烧结样品的电阻率要小很多,这主要是由于在1450℃烧结的样品晶界接触更紧密一些,从而更有利于传导电子在晶粒之间的输运。另外通过电输运行为测量还可以看到,退火气氛对电输运性质也会起着很大的影响,改变金属-绝缘转变温度和电输运行为。