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A位Dy掺杂对La_(0.67-x)Dy_xSr_(0.33)MnO_3体系磁性和电性的影响

徐素军  
【摘要】: 以钙钛矿结构氧化物为代表的巨磁电阻材料,由于它们所表现出来的超大磁电阻效应(Colossal Magnetoresistance)在提高磁存储密度及磁敏感探测元件上具有十分广阔的应用前景,因而受到人们的广泛关注。同时,这类材料还表现出诸如磁场或光诱导的绝缘体-金属转变,电荷有序、轨道有序、以及相分离等十分丰富的物理内容,涉及到凝聚态物理的许多基本问题,一旦解决了这些问题的微观物理机制,必将对凝聚态物理的发展和完善起到巨大的推动作用。在本论文中,作者通过实验研究,对巨磁电阻氧化物的物理性质和新型磁电阻材料的磁性和电性作了一些研究和探索。本论文共六章。前三章为基础篇,后三章为研究篇。 第一章简单综述了磁电阻效应。包括正常磁电阻效应(OMR)、各向异性磁电阻效应(AMR)、巨磁电阻效应(GMR)、特大磁电阻效应(CMR),通过本章的介绍,我们将对磁电阻效应以及磁电子学都有一个概括的了解。 第二章介绍了超大磁电阻材料锰氧化物丰富的物理性质。包括晶体结构、电子结构、磁性质、输运性质、电磁相图、有序相,以及其他奇特的物理现象。通过本章,我们将了解到掺杂锰氧化物的基本物理性质,为进入该研究领域作好了准备。 第三章综述了对钙钛矿结构氧化物巨磁电阻效应机制的研究,对CMR产生机理做了简单的介绍,并对诸如双交换(DE)作用、Jahn-Teller效应、电荷有序等物理概念有所认识的基础上总结了已经报道的对巨磁电阻效应机制的研究,最后指出探索CMR效应及其相关现象的途径。 第四章研究了A位第二类稀土元素替代对锰氧化物磁性的影响。其中第一节简单回顾了早期对A位双稀土元素元素掺杂钙钛矿化合物的研究,早期研究较多的是替代元素的离子半径变化上,由于替代离子半径的改变,使A位平均半径变 ylll 化,致使公差因子改变,使Mn-O#长、键角变化,晶格效应的作用使化合物的 磁性、电性、CMR效应发生改变。本论文边过选择磁性离子替代,着眼点在于 讨论衫杂离子的磁性效应,实验发现掺杂使样品的磁结构发生变化,且在低温时 出现磁化强度峰,用掺杂离子自旋旋转对此进行了解释。其中第二节叙述了实验 样品的制备。第三节研究了实验样品的结构,最后几节讨论了掺杂对田结构地影 响。 第五章介绍了利用电子自旋共振(ESR)对Lffe.67七Dy。570.33MllO3多晶化合 物的微观磁性研究结果。研究发现所有掺杂样品顾磁区的电子共振谱为洛仑兹线 型的单共振峰;在略低于居里温度时,铁磁共峰开始出现并向低场方向移动。高 掺杂样品,Tc温度以上的顾磁共振线上低场位置出现鼓包。表明在居里温度以 上铁磁相从顺磁相中分离出来,即相分离。 第六章研究了混价锰氧化物种的输运机制。第一节介绍了铁磁金瞩态的输运 行为和可能的输运机制并对顺磁半导体态的输运机制的各种观点做了总结;第二 节在前面磁性讨论的基础上,研究了Dn$杂多晶化合物L~.盯ADn。Sro.朋MnO。的 电输运特性及CMR效应。从电阻率实验数据拟合得到低温区TN附近电阻率出现 极小值,用磁散射机制进行了解释。在高温区,载流子的输运特性为磁背景下的 可变程跃迁,在丁>Tc温区的输运行为受相分离以及La-O层中Dy链的影响。在电 输运基础上对CMR效应机制进行了解释。 结论: 作者研究了A位Dy$杂对Lao.6人。DySr。朋MnO。体系磁性和电性的影响,通 过实验分析得出了下列结论: Q)Dy对La的替代产生了无规的磁势,破坏了Mn-O-Mn长程铁磁序,导 致在TN<丁<Tc温区出现团簇玻璃态,在T<TN温区,由于Dy$子大的磁 矩,La(Dy亚晶格和Mn亚晶格磁矩强烈的耦合,体系呈现反铁磁态.磁滞回 线测量证明了Dy$杂样品体系具有很弱的矫顽力,磁化强度峰来自于La(Dy)亚 格和Mn亚晶格的磁畴旋转。 (2)所有掺杂样品在T<丁。温区的输运行为受**M支配,在丁>L温区的输运 行为受相分离以及La-O层中Dy$的影响。 ix (3)大的CMR效应来源于内场和外场共同作用,内场的铁磁性放大了外场的 作用,减弱了磁散射,使电阻率大大降低,产生大的磁阻。


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