外场对钙钛矿锰氧化物电荷轨道有序态的调控研究

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钙钛矿型锰氧化物由于具有丰富的物理性质(例如金属-绝缘体相变、庞磁电阻效应、电荷轨道有序等)和复杂的相竞争行为,成为大家研究的热门材料。研究发现,锰氧化物的物理性质在外场作用下可以发生巨大的变化,具有潜在的应用前景。理解多场作用下锰氧化物的电荷、自旋、轨道和晶格耦合作用成为研究其电子关联效应的重要手段。本论文从外场对锰氧化物电荷轨道有序态的调控为出发点,研究电荷轨道有序锰氧化物中电荷、自旋、轨道之间的相互作用规律。  首先,对电荷轨道有序材料Pr0.6Ca0.4MnO3进行了方向依赖的磁电输运测量,发现磁场诱导电荷轨道有序态的融化具有各向异性。当磁场沿着c轴方向施加时,电荷轨道有序态较难融化;磁场沿着ab面施加时,电荷轨道有序态较易融化。这种各向异性融化现象在电荷轨道有序温度以下的顺磁区域,反铁磁区域和倾斜的反铁磁区域均被观察到。电荷轨道有序态融化的各向异性场在顺磁态向反铁磁态转变的过程中未发生明显的变化,说明这种各向异性融化现象与自旋之间关联不大。电荷轨道有序态融化的各向异性场表现出与轨道有序相似的温度依赖关系:在电荷轨道有序温度TCOO以下随温度的降低而增大,并在经过反铁磁有序温度TN后逐步趋近于饱和。通过考察锰氧化物中由于电子关联作用导致的强自旋-轨道耦合效应,认为该现象由轨道有序导致:轨道有序的排列通过自旋-轨道耦合效应传递给自旋,使得自旋对外磁场的响应具有各向异性,诱导出电荷轨道有序态的各向异性融化。  其次,利用AMR效应研究了磁场方向对Nd0.5Sr0.5MnO3多晶中电荷轨道有序态的调控规律。在电荷轨道有序温度以下,Nd0.5Sr0.5MnO3多晶中的面外AMR由三部分贡献:形状各向异性,弛豫效应和异常AMR效应。根据第一部分的研究结果,建立了模型来反映电荷轨道有序畴各向异性融化对AMR效应的影响规律,该模型很好地解释了异常AMR效应随磁场角度和磁场强度的依赖关系。该研究表明,在磁场方向对电荷轨道有序态的调控中,电荷轨道有序畴的各向异性融化起着重要的作用:磁场方向变化可以在电荷轨道有序相中诱导出新的铁磁态形核点,从而引起铁磁相的分布发生变化。  最后,为了探索室温电荷轨道有序相与铁磁金属相共存的可能性,研究了电场对室温电荷轨道有序材料Bi0.5Ca0.2Sr0.3MnO3薄膜的影响。结果发现,施加电场可以诱导Bi0.5Ca0.2Sr0.3MnO3薄膜室温电荷轨道有序态的融化,该过程伴随薄膜电阻率的巨大变化和易失性的阻变效应。但是,电场诱导的电荷轨道无序态与电荷轨道有序态一样,都是顺磁绝缘性的,因而采用电场调控Bi0.5Ca0.2Sr0.3MnO3薄膜室温电荷轨道有序态融化的方法无法实现室温电荷轨道有序相与铁磁金属相的共存。进一步研究表明,电场主要通过产生焦耳热的方式诱导Bi0.5Ca0.2Sr0.3MnO3薄膜中电荷轨道有序态的融化,并且使其具有忆阻效应。
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