空穴掺杂稀土锰氧化物 La_（0.67）Ca_（0.33）MnO_3块体及薄膜的结构和物性

【摘要】： 用溶胶-凝胶法制备了La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3多晶块体样品,并对其结构、磁性、电和热的输运性质及红外透射光谱进行了系统的研究。X射线衍射结果表明,样品为单相的正交结构,其晶格常数分别为a=5.3229 (?)、b=7.6821 (?)、c=5.6072 (?)。磁性质和电输运性质的测量结果表明,样品的居里温度和金属-绝缘体转变温度均在260 K附近。我们对上述样品在不同外磁场下的导热系数和电导率随温度的变化规律进行了系统的测量,发现,在居里温度附近,导热系数和电导率随温度的降低均有一突然增加,同时,外磁场使得样品在居里温度附近的导热系数明显增加。针对导热系数在居里温度附近随温度的降低而突然增加这一现象,我们对样品的在不同温度的红外透射光谱作了详细的测量,结果表明,有效载流子浓度在居里温度附近随着温度的降低而突然增加,结合以前本研究组对Nd_(0.75)Na_(0.25)MnO_3样品导热系数的测量结果及Park等人(Phys. Rev. Lett. 76, (1995) 4215)对La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3电子能态密度的测量结果,我们提出导热系数在居里温度附近随温度的降低而突然增加是由于载流子的退局域化而导致的。此外,我们发现在180 K以上La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3的磁电阻数据很好的符合Wagner修正的Mott模型,说明在居里温度附近很大的温度范围内载流子在其内部磁团簇之间的跳跃起主导作用;而在140 K以下由于晶粒间自旋相关的隧穿效应起主导作用,使得磁电阻数据偏离Wagner修正的Mott模型。 通过改变退火时间、基底温度、溅射气压、溅射功率等工艺参数,我们用射频溅射法在(100)取向的LaAlO3单晶基底上生长了La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3薄膜,并对薄膜的结构、电输运性质做了详细的研究。我们发现,当基底温度为780°C、溅射气压为0.5 Pa、溅射功率为184 W,并且在900°C的氧气氛围中退火24 h时,X射线衍射花样中只出现了正交结构的La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3的(101)、(202)及(303)晶面衍射峰,而在选定的断面任意区域作电子衍射,其电子衍射花样都相同,并且都是单晶布拉格衍射斑点,这就证明了在该条件下制备的La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3薄膜为沿[101]方向生长的单晶薄膜。断面高分辨电镜图像进一步证明了上述结论。该薄膜的金属-绝缘体转变温度为253 K,说明我们制备的La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3薄膜中各离子含量接近理想配比。磁电阻的研究表明,该单晶薄膜在很大的温度范围内载流子在磁团簇之间的跳跃为主要导电机制。