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自1989年在掺杂钙钛矿型锰氧化物R1-xAxMnO3(其中A为二价碱土金属离子,如Ca2+、Sr2+、Ba2+等,R为三价稀土金属离子,如La3+、Pr3+、Tb3+、Sm3+等)中发现庞磁电阻(CMR)以来,由于其在磁记录、磁传感器等方面潜在的应用前景,以及金属一绝缘体相变等所涉及的强关联效应,使该类化合物吸引了物理学界的广泛注意。最近几年里,在该类材料中还相继发现了许多新的物理现象,例如:大的磁致伸缩、磁致结构相变以及异常的热膨胀等。
数年来,围绕着钙钛矿材料中庞磁电阻的机理问题,人们先后设想了多种理论方案或物理图象,但至今没有一种是令人完全满意的。五十年代初期,由Zener创立的,其后由Anderson及deGennes等人发展起来的双交换作用理论,为今天解释庞磁电阻效应提供了一条途径。九十年代,Millis等人和邢定钰等人分别对庞磁电阻效应的机理作了重要的探索。到目前为止,有关晶格效应的研究对钙钛矿庞磁电阻的理论研究有着非常重要的意义。种种实验事实表明,基于纯粹的双交换模型来解释材料中的巨磁电阻效应有着相当的局限性,实验和理论上对于材料中强的电-声子相互作用、电荷-轨道耦合、自旋-轨道耦合等以及材料中所包含的相分离的趋势等问题,都还有待人们去证实、去澄清。
很多因素会影响这类磁性材料的磁和电的输运性质,比如氧含量、压力等等。本文主要就磁性钙钛矿系统的输运性质和微结构进行了研究和探讨,以期了解这些性质的内在来源。
本文工作主要包括以下几个部分:
一、晶格畸变对La2/3Sr1/3MnO3多晶薄膜电输运性质的影响研究采用磁控溅射的方法,在表面氧化的Si(100)基片上制备了一系列不同厚度的La2/3Sr1/3MnO3多晶薄膜。根据对输运性质的研究,发现存在一个临界厚度73nm,当厚度大于73nm的时候,薄膜呈现出与块材类似的输运特点,而当厚度小于73am的时候,薄膜的电阻太大以至于薄膜的金属一绝缘体转变温度(Tp)变得不可测量。X射线衍射(XRD)结果显示:在73nm厚度附近存在一个晶格畸变。这表明La2/3Sr1/3MnO3不同厚度多晶薄膜的输运性质的不同或许来自晶格畸变。
二、(La0.9Bi0.1)2/3Ca1/3MnO3磁性和电输运性质研究采用固相反应法制备了磁性(La0.9Bi0.1)2/3Ca1/3MnO3钙钛矿多晶体,研究了其导电特性和磁学行为。我们在样品的电阻和磁学行为中都明显观测到了热滞现象。R-T曲线的测量发现有两个峰,而当我们对样品施加5T外场后再进行测量,电阻的热滞现象被抑制了,在曲线上只发现了一个峰。M-T曲线的测量表明,样品首先在Tc处发生了顺磁一铁磁(PM-FM)转变,随着温度的进一步降低,样品发生了铁磁—倾斜铁磁(ferromagnetic-cantedferromagnetic)转变。这表明,电阻的热滞现象来源于温度相关的磁学行为。
综上所述,在钛矿型锰氧化物系统中,无论是输运性质还是磁性的性质与它们的微结构息息相关。