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过渡金属-碳复合材料和复合纳米薄膜的磁电阻和电输运特性

薛庆忠  
【摘要】:论文第一部分工作研究了过渡金属—石墨复合材料的巨磁电阻效应。主要成果是:⑴首次观测到了石墨颗粒固体中磁电阻的尺寸效应和温度效应。石墨颗粒固体的磁电阻数值随着平均颗粒尺寸的减小而减小。在温度约为50 K 时,在平均粒径为25.65 μm 的石墨颗粒固体中,观察到了正的线性磁电阻效应;而在温度约为25 K 时,在平均粒径为30.2 nm 的石墨颗粒固体中,观察到了负的线性磁电阻效应。利用正常磁电阻理论、晶粒边界的漫散射理论和电子的弱局域化理论解释了在石墨颗粒固体中发现的有趣的磁电阻规律。这些结果对理解半导体和半金属材料中的正磁电阻具有重要意义。⑵制备了微米过渡金属—石墨复合材料,并研究了其巨磁电阻效应。实验结果表明:过渡金属—石墨复合材料的巨磁电阻随外加磁场的变化规律可以近似用MR ∝B~n来描述,在铁—石墨复合材料中指数n 的数值随着温度的增加和铁含量的减小而增加。Fe_(0.2)-C_(0.8)复合材料的巨磁电阻,在外加磁场为5 T、温度为300 K和5 K时,分别高达53.8%和190%。利用正常磁电阻效应和渗流理论解释了过渡金属—石墨复合材料中巨磁电阻随外加磁场的变化规律,给出了出现正线性磁电阻的产生机理。该研究对理解已有的正线性磁电阻现象具有重要指导意义。 论文的第二部分工作:采用PLD 方法在Si 基片上制备了非晶碳膜、Fe_x-C_(1-x)膜和Fe_(0.011)-C_(0.989)/Fe 双层膜,并对其微结构、磁电阻和电输运等特性进行了研究。主要结果为:(1)首次观测到27 ℃条件下制备的非晶碳膜/Si 具有明显的电压诱导开关特性,并且其开关电压随温度的升高而逐渐减小。而在300 和500 ℃条件下制备的非晶碳膜却具有完全不同电输运规律。这些非晶碳膜所具有的异常的电输运特性将会在场效应器件、温度传感器、电子开关等领域具有很好的应用前景。利用能带理论探讨了以上在Si 基片上制备的非晶碳膜的电输运和磁电阻现象。(2)对Fe_x-C_(1-x)/Si 材料的微结构、磁电阻和电输运等特性进行了研究。在一定的温度范围内,Fe_x-C_(1-x)/Si 的电输运性质与其测量电流密切相关,从而具有有趣的非线性的I-V 特性曲线。Fe_x-C_(1-x)/Si 还具有异常的磁电阻效应。在T=300 K 和B= 1 T 的条件下,Fe_(0.011)-C_(0.989)/Si 的正磁电阻可达33%。(3)建立了一个双通道模型,并利用该模型对Fe_x-C_(1-x)/Si 的磁电阻和电输运特性进行了解释。该模


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