高自旋极化氧化物颗粒体系的磁场相关库仑阻塞效应

【摘要】： 近年来，磁电阻效应因其重要的理论价值和广泛的商业应用前景而成为凝聚态物理和材料科学的研究热点。其中高自旋极化氧化物因其具有接近100％的自旋极化率而备受关注，因为由这类材料构成的异质结构中表现出极大的磁电阻效应，而半金属颗粒复合体系就是这类异质结构的典型代表。实验发现，该类材料的磁输运性质受到材料构性、颗粒分布等因素的明显影响，而表现出不同的磁电阻温度效应。探究高自旋极化氧化物体系磁电阻效应不仅具有理论上的学术价值，同时也能为实际应用指明方向。本文中我们在网络框架下运用有效介质理论(EMA)的方法，对高自旋极化氧化物的磁电阻行为进行系统研究，探讨影响磁电阻效应的主要因素。主要工作如下： 文中我们主要着眼于磁电阻温度效应的研究，首先探讨了描述半金属颗粒体系磁输运性质的理论模型，将目前人们所知的两种隧穿机制(Inoue-Maekawa模型和Helman-Abeles模型)作了深入研究和比较。并基于Inoue-Maekawa模型，将隧穿型输运的颗粒体系用键无序电导网络来模拟，再运用有效介质理论(EMA)研究了自旋极化隧穿导致的磁电阻效应。 另一方面我们超越Helman-Abeles模型中对库仑能隙的磁性相关项采用一级近似的计算方法，发现了低温下磁电阻的翻转效应，对磁电阻经历从负到正的现象进行了理论根源的探索，指出关键的因素是对磁性能考虑了更高阶的近似，自旋相关库仑能隙的存在将导致一个低温下趋于发散的正磁电阻背景。我们的结论是：库仑能隙很有可能成为有别于自旋极化率的磁电阻新来源，这为我们从实验上提高体系的磁电阻效应提供了新的途径。 最后我们针对两种机制各自的缺陷提出了基于该两模型基础上的综合模型，即同时考虑自旋极化隧穿和磁性能的作用。详细讨论了该综合模型的磁电阻温度效应，再次运用网络模型中的有效介质理论对综合模型表现出的磁电阻效应进行系统研究，针对正磁电阻在低温、高能隙和低自旋极化率情况下更为显著的现象，指出了体系的磁电阻是在自旋相关库仑能隙所导致的正磁电阻背景上，自旋极化率与之竞争后的综合影响。