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溶胶-凝胶法制备的La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3中Mn位Cu和Zn掺杂的比较研究

张国宏  
【摘要】:本文以择优掺杂的La2/3Ca1/3MnO3为基础,研究了Mn位Cu和Zn掺杂对其输运性质及磁电阻行为的影响,主要研究内容概括如下: 回顾了磁电阻材料的研究情况;介绍了钙钛矿结构锰基氧化物的晶体结构、电子特征、锰离子之间的交换相互作用以及锰基氧化物的电磁性质;最后重点对掺杂效应对锰基氧化物的影响作了综述。 分别采用固相反应法和溶胶-凝胶法制备了名义组分为La2/3Ca1/3MnO3的系列样品,研究了它们的电输运行为。研究表明:用溶胶-凝胶法制备并经高温1450oC烧结的样品和固相反应法制备的样品有相同的电输运行为,都在~260K发生绝缘体-金属导电行为的转变。对于溶胶-凝胶法制备的样品,随烧结温度的降低,样品的半导体-金属转变温度向低温移动,样品发生绝缘体-金属转变的温度区间展宽,样品的电阻率增大。 用溶胶-凝胶法制备并经不同的温度烧结得到了名义组分为La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3的系列样品。对样品电输运性质的研究表明:随Cu掺杂量的增加和烧结温度的降低,样品的绝缘体-金属转变温度TIM向低温移动,同时电阻率增加。特别当Cu掺杂量x3.5%以后,样品的电阻率急剧增加,系统表现出反常的物理行为。在Cu掺杂4%的样品中存在着热滞效应,而且热滞现象随样品烧结温度的升高(颗粒尺寸的增大)会逐渐消失。 以用溶胶-凝胶方法制备并经不同温度烧结得到的名义组分为La2/3Ca1/3Mn1-xZnxO3(0 x 6%)的系列样品为研究对象,对它们的电输运性质的研究表明: La2/3Ca1/3Mn1-xZnxO3系列样品和La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3系列样品在电输运行为上非常相似。Zn掺杂使得样品的绝缘体-金属转变温度TIM向低温方向移动,电阻率增加。掺杂量x在3.5%附近,样品的电输运行为有很大的变化。x3.5%以后,TIM迅速向低温方向移动,电阻率急剧增加。对样品在高温区导电行为的研究表明:当掺杂量x3.5%以后,样品在TTIM的整个高温区的实验数据用Mott变程跳跃机理能得到较好的拟合。 WP=5 对La2/3Ca1/3Mn1-xCuxO3和La2/3Ca1/3Mn1-xZnxO3(x=4%)多晶样品在加磁场下的电输运行为和磁电阻效应的研究表明:La2/3Ca1/3MnO3中的Cu掺杂能大大的增强样品在绝缘体-金属转变温度附近的磁电阻效应,最大的磁电阻值出现在1100oC烧结的掺Cu样品中,它在0.3T的磁场下可以达到80%。掺Cu样品的颗粒间磁电阻效应也被增强,1000oC烧结的掺Cu样品在0.3T的磁场下的颗粒间磁电阻的最大值可以达到40%。虽然4%的Zn掺杂的样品和4%的Cu掺杂的样品有类似磁电阻行为。但4%的Zn掺杂的样品的磁电阻峰值明显不如4%的Cu掺杂的样品高。在0.3T的磁场下,4%的Zn掺杂样品的磁电阻最大值只有30%。


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