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钙钛矿锰氧化物输运行为及类马氏体相变研究

吴玉莹  
【摘要】:钙钛矿锰氧化物表现出极大的磁电阻效应(colossal magnetoresistance effect, CMR),在提高磁存储密度和磁制冷器件等方面具有重要的应用前景。在基础研究方面,该系统是典型的强关联电子体系,其电子、自旋、轨道、晶格之间存在复杂的相互作用,具有绝缘体-金属相变、电荷有序、轨道有序和相分离等一系列奇异效应。因此该体系被称为凝聚态物理中的“天然实验室”。本文主要研究(La1-xBix)2/3Ca1/3MnO3体系的电输运、磁相变行为,以及A、B位掺杂锰氧化物的类马氏体相变行为。主要研究内容如下: 一、简要介绍了锰氧化物的CMR效应,以及该体系的晶体结构、磁结构和电子结构。讨论了钙钛矿锰氧化物在高温顺磁态、低温铁磁态的电输运和磁性质等。论述了电荷-自旋-轨道有序,并讨论了相分离现象在CMR效应中的重要作用。 二、详细介绍了脉冲强磁场下电输运和磁化测量系统的测量原理。在电输运测量系统中,介绍了样品杆的研制,并重点介绍了强磁场下用于微弱信号测量的数字锁相技术。在磁化测量系统中,重点介绍了磁化样品杆中pick-up线圈的研制原理和相关测量电路。 三、研究了钙钛矿锰氧化物(La0.9Bi0.1)2/3Ca1/3MnO3和(La0.75Bi0.25)2/3Ca1/3MnO3在强磁场下的电输运和磁化行为。实验结果表明:(La0.9Bi0.1)2/3Ca1/3MnO3在整个温度范围内的输运机制可以用自旋相关的跃迁模型来描述。通过测量强磁场下(La0.9Bi0.1)2/3Ca1/3MnO3的磁性质,结果表明外加磁场可以明显改变材料的磁结构。实验发现,当外加磁场增加到23T时,电荷有序相被完全破坏。 四、研究了(La0.73Bi0.27)2/3Ca1/3MnO3的非线性行为,通过测量不同电流条件下的阻温关系以及不同温度、不同磁场条件下电流-电压关系曲线,发现其非线性行为主要来源于焦耳热的影响。 五、研究了B位掺杂的钙钛矿锰氧化物Pr0.5Ca0.5Mn0.97Ga0.03O3的电输运和磁化的性质。该样品在较慢的扫场速度下存在两个完全不同于传统的磁化台阶的变磁性转变,这两个转变不依赖于扫场速度的变化。我们认为低温下该磁化台阶主要源于准CE型的反铁磁-铁磁的相变。最后建立了该样品的磁相图。 六、研究了A位掺杂的钙钛矿锰氧化物(La0.73Bi0.27)2/3Ca1/3MnO3的电、磁性质。通过研究不同扫场速度时临界磁场的变化,结果证明马氏体相变不能很好的解释该样品中发现的这种突变行为。考虑Bi3+中的6s孤对电子的特殊性,我们提出一种反铁磁团簇模型,很好地解释了这种现象。


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