Fe位Ga掺杂对Sr_2FeMoO_6磁性及磁输运性质的影响

【摘要】： 近年来,由于发现Sr_2FeMoO_6在室温具有高达5%(H=1 T)的磁电阻效应,引起了人们对这类双钙钛矿氧化物的研究兴趣,能带结构计算表明,理想的Sr_2FeMoO_6化合物是半金属铁磁体,而且其居里温度高出室温近100℃,以上特点使得Sr_2FeMoO_6成为可以用于室温的自旋电子学器件的理想候选材料。掺杂是改变材料物理性质的有效手段,本文选择了对Sr_2FeMoO_6的B位Fe离子进行掺Ga来改变材料内部的磁性相互作用。本文要利用传统的固相反应法合成Sr_2Fe_(1-x)Ga_xMoO_6(0≤x≤0.6)系列的多晶样品,并且对该系列样品的磁性及磁输运性质进行相关测试。X射线衍射(XRD)分析表明,Ga离子的掺入没有引入杂相,但随着掺入的Ga离子含量的增加,B位的阳离子有序度降低。这影响了体系的磁性,具体表现为抑制了Sr_2FeMoO_6中的铁磁性,在整个系列样品中观察到了多种不同磁性相之间的转换。在低掺杂部分,样品还呈现出与Sr_2FeMoO_6相同的长程铁磁有序,但是居里温度TC随x的增加而迅速降低。当x=0.3和x=0.4时,由于非磁性Ga离子的增多和阳离子有序度的降低,样品中的长程铁磁有序被分割为铁磁团簇,而B位无序度的增加导致了样品中反铁磁含量的增加。由于铁磁/反铁磁的竞争,低温区域中出现无序的自旋玻璃相,存在冻结温度Tf,这种自旋玻璃叫做再入自旋玻璃,从另一种分类上也叫团簇玻璃。随Ga含量的进一步增加,样品中的铁磁成分继续减小,从而居里温度TC继续降低,这时体系中出现了经典自旋玻璃相。当x=0.6时,由于Fe含量的降低,样品中的铁磁成分已经很少,这时顺磁相向铁磁相的转变已经消失,但在低温区域观测到了反铁磁的转变温度Tf,值的注意的是在x=0.4的样品中出现了交换偏置现象,交换偏置由于其在基础研究有着丰富的物理内涵,而应用研究具有明确的应用目标和广阔的市场前景,而成为近几年的一个研究热点,但在双钙钛矿结构的氧化物SFMO中发现交换偏置现象还是首次。 本文对该体系的磁输运性质也进行了相应的测试和分析,所有样品都表现为半导体行为,在测量温区内没有发现金属-半导体的转变,但随Ga含量的增加样品的电阻升高,并对温度的依赖程度变大,尤其是低温部分。由于所有的样品都是采用相同的工艺条件制备的,晶粒尺寸和晶粒边界应该不会有大的不同,所以磁电阻率随Ga含量的变化主要是阳离子有序度的降低,反位缺陷的增加引起的。x0.3的样品的低场磁电阻(LFMR)明显提高,Ga的掺入形成了非磁性的-Mo-O-Ga-O-Mo-,它作为自旋相关散射的势垒减弱了亚铁磁有序的磁相互作用,使得磁矩变小,并且趋向不再一致,这增强了对自旋相关电子的散射。在x=0.6的样品LFMR收到了强烈的抑制,这归结于,随着Ga含量的增加铁磁颗粒变小,无序的自旋玻璃态的出现,从而使得隧穿势垒变厚,直接隧穿变得困难所致。