钙钛矿锰氧化物电荷有序体系的磁性和相关物性研究

【摘要】：正如我们所知道的，自从在钙钛矿锰氧化物中发现巨磁电阻效应以来，有关它的研究已经成为当前强关联电子体系的一个研究热点。由于巨磁电阻效应在工业上具有广泛的应用背景，例如信息存储领域中的磁记录，磁随机存储，磁传感器，以及磁制冷方面的应用；并且更重要的是，从基础研究上来讲，这类强关联体系表现出了丰富的物理内容，如顺磁-铁磁相变伴随绝缘-金属相变，电荷有序，轨道有序，相分离，Jahn-Teller畸变，以及各种相互作用之间的耦合，这些复杂的现象正是激发物理学研究人员的兴趣所在；所以对于这一体系的研究和有关巨磁电阻效应的微观机制的探索，不仅对当前的自旋电子学的应用有重要意思，而且会对整个凝聚态物理的许多相关领域的发展起到极大的促进作用。 本论文通过双掺杂对钙钛矿锰氧化物电荷有序体系的研究，探索了其形成机制，特别是对这一体系中发现的不稳定性行为进行了深入分析和理解。部分研究结果已经在国际刊物上发表。 整个论文分为六章。 第一章全面介绍钙钛矿锰氧化物的研究现状和发展。其中首先回顾了锰氧化物的各种性质，包括晶体结构，磁结构，电子结构，输运行为，巨磁效应，有序相，相分离，理论模型。最后总结了这一体系的研究结果和期待解决的问题。 第二章主要讨论半掺杂锰氧化物电荷有序体系的稳定性问题。因为目前大多数不稳定性主要是存在于Mn位掺杂的短程电荷有序中，这似乎短程有序是产生这一现象的关键；然后我认为问题的关键不是短程有序而是不同相的竞争引起的应力作用的结果。为此我们在Nd_(0.5)Sr_(0.5)MnO_3电荷有序化合物中用微量的Ca替换Sr，这既不会影响到长程有序的形成但是同时由于离子的替代导致的A位无序增加引起了相分离的出现。正如所预计的那样，我们在长程电荷有序中也发现了磁化强度和电阻性质随热循环次数的增加而变化的行为。由于不同相的存在和不同相之间的竞争使得在界面处存在着很大的应力，它改变了体系的微结构。所以在随后的循环中，我们只能测到类似的物理行为而不能完全重复前面的结果。 第三章研究Ga掺杂对Nd_(0.55)Sr_(0.45)MnO_3的磁性和输运的影响。实验发现Ga~(3+)离子的替代没有引起晶格结构的改变，但是导致B位的无序产生。在中间掺杂区域，由于不均匀铁磁团簇的出现，Griffiths phase的行为被观察到。随Ga~(3+)离子的增加，载流子自塌陷形成磁极化子。由于无序引起了氧的亚晶格的畸变，从而改变了声子态密度，为此我们从拉曼光谱上观察到一个新的振动模。Ga~(3+)离子的替代稳定了轨道有序排列；引起载流子的局域。所以在室温下形成了磁极化子。 第四章我们系统研究了Nd_(0.5(1+x))Ca_(0.5(1-x))Mn_(1-x)Cr_xO_3化合物中Cr~(3+)离子双掺杂对电荷有序体系的影响。尽管Cr~(3+)离子的出现使得长程的电荷有序相被破坏，但是由于利用的双掺杂方法从而保证Mn~(3+)与Mn~(4+)的比例不变，使得短程的有序