錳氧化物（La,Y）-,2-3-Ca-,1-3-MnO-,3-體系的自旋玻璃行為與離子尺寸效應研究.pdf

1、2 0 0 4 年上 海 大 學 碩 士學位 論 文 ( 以丫 1 L 3 C a l / 3 M n O 3 體系 的自 旋 ) 勿離 行 為 與 離 子 尺 寸 效 應 研 究摘 要具有 A B 0 3 結(jié)構(gòu)的鈣欽礦錳氧化物所表現(xiàn)出來的超大磁電阻效應 ( C M RE f e c t ) 在磁電子器件如讀寫磁頭、磁記 錄等方面具有巨 大的 應用前景，因 此引起了 人們極大的興趣，己 成為近年來物理和材料科學的一個新興前沿領(lǐng)域之一。在

2、該類材料中 所表現(xiàn)出的一 些全新的 物理現(xiàn)象， 諸如電 子強關(guān)聯(lián)問 題，自 旋、 電荷、 軌道有序， 磁場、 壓力以 及光誘導 金屬一 絕緣轉(zhuǎn)變 ( M - I ) 、自 旋玻璃行為 等豐富的物理現(xiàn)象， 將促進人們對當 今物理學中 許多基本問 題的新認識。 對 這 類 強關(guān) 聯(lián) 體 系 的 深入 研 究， 將推 動 現(xiàn)代 物 理學， 特別 是 凝 聚 態(tài) 物 理的 極大 進步， 對 材料 科 學和 現(xiàn) 代信息 技術(shù)的 發(fā)展也具 有重要

3、的實際 意義。在 錳氧 化 物體 系 的 研 究 中 ， 基于 利 用Y 進行 A 位 元 素 摻 雜 將 在該 體 系 中 表 現(xiàn)出 非常 典 型的自 旋 玻 璃行為， 同 時 因 為 平 均 離 子 半 徑 的 變 化， 將導 致極 其 豐富 的 物 理 現(xiàn)象 ，因 而 在M n 氧 化 物C M R 效 應 物 理 機 制 的 研 究 中 具 有 重 要 地 位， 引 起了 眾 多 研 究 者 的 極大 興 趣。 本工 作 通過輸

4、運和磁測量， 結(jié)合X R I 〕 和S E M結(jié)構(gòu)分析等實驗手段， 對過渡金屬錳氧化物( L a i - x y x ) 2 / 3 C a , / 3 M n O 3 ( x = 0 . 0 , 0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 2 5 , 0 . 3 , 0 . 4 , 0 . 5 ,5 / 8 , 7 / 8 , 1 . 0 ) 和Y l - , C a , M n 0 3 ( x = 0 / 8 , 1

5、 / 8 , 2 / 8 , , 3 / 8 , 4 / 8 , 5 / 8 , 6 / 8 , 7 / 8 , 1 . 0 )兩個體系進行了 系統(tǒng)研究。主要內(nèi) 容如下:一、 對( L a i - . Y x ) 2 / 3 C a v 3 M n 0 : 體系， 結(jié) 構(gòu) 分 析的 研究 表明， 在x = 0 . 1 - 0 . 7 替 代范圍內(nèi)， 樣品具有很好的 單相結(jié) 構(gòu)。 在低摻雜 樣品中 存在有典型的 金屬一 絕

6、緣( M - I ) 轉(zhuǎn)變， 且隨 著 Y摻 雜含 量的 增加， 在x : _ 0 . 2 范圍內(nèi)， M - I 轉(zhuǎn)變 溫 度 瑞急 劇降 低， 而 對應的峰 值電 阻 率P p 升高; 在0 . 2_ 0 . 2 5 的樣品， 在低 溫下， 電阻率 在零場或者是加場的 情況下基本都有一 個上升的 趨勢， 隨著磁場的 增強， 低摻雜區(qū)這種現(xiàn)象逐漸消失， 而高摻雜區(qū) 繼續(xù)存在， 這一方面可能是因為在低溫下發(fā)生了 相分離， 出 現(xiàn)了自 旋

7、玻璃轉(zhuǎn)變和反鐵磁態(tài); 另一方面可能是因為隨著 Y替 代 含量的 增加， 晶 格畸 變的 加劇所導 致。同 時， 我們直接給出 了 體 系 輸2 0 0 4 年 上 海 大 學 碩 士 學 位 論 文 ( 以Y ) l , 3 C a 3 M n O 3 體 系 的 自 旋 玻 璃 行 為 與 離 子 尺 寸 效 應 研 究Ab s t r a c tT h e c o l o s s a l m a g n e t o r e s

8、i s t a n c e ( C M R ) e f f e c t i n t h e p e r o v s k i t e m a n g a n e s eo x i d e s w i t h A B 0 3 s t r u c t u r e h a s a t t r a c t e d m u c h a t e n t i o n b e c a u s e o f i t s p

9、o t e n t i a la p p l i c a t i o n i n m a g n e t i c e l e c t r o n i c s , s u c h a s r e a d - w r i t e n m a g n e t i c h e a d , m a g n e t i cr e c o r d a n d m a g n e t i c e l e c t r o n i

10、c s . C M R s y s t e m s e x h i b i t t h e f i r e - n e w p h y s i c a lp r o p e r t i e s s u c h a s e l e c t r o n s t r o n g c o r r e l a t e d c h a r a c t e r i s t i c , s p i n / c h a r g

11、e / o r b i t a l o r d e r s ,i n s u l a t o r - m e t a l ( M - I ) t r a n s i t i o n i n d u c e d b y a p p l i e d m a g n e t i c f i e l d , p r e s s u r e o r p h o t or a d i t i a t i o n , s p

12、i n - g l a s s b e h a v i o r e t c . a n d w i l l g i v e a n e w u n d e r s t a n d i n g t o m a n y b a s i c a lp r o b l e m i n m o d e r n p h y s i c s . T h e i n - d e p t h u n d e r s t

13、a n d i n g o f t h e s e p r o p e r t i e s w i l l m a k ep r o g r e s s f o r m o d e r n s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y , e s p e c i a l l y o n t h e c o n d e n s e d m a t e r a n dm a

14、t e r i a l s p h y s i c s . T h i s w i l l b e v e r y i m p o r t a n t f o r t h e d e v e l o p m e n t o f p h y s i c s ,m a t e r i a l s c i e n c e a n d m o d e m i n f o r m a t i o n t e c h

15、 n o l o g y .I n t h e m a n g a n i t e s y s t e m , b e c a u s e Y d o p i n g A - s i t e c o u l d s h o w t h e c l a s s i c a ls p i n - g l a s s b e h a v i o r a n d t h e m e a n i o n s i

16、z e e f f e c t t h a t r e s u l t s i n t h e a b u n d a n t p h y s i c sp h e n o m e n a , t h e s t u d y o f Y d o p i n g A - s i t e m e c h a n i s m p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e

17、i nu n d e r s t a n d i n g t h e C M R m e c h a n i s m . I n t h e p r e s e n t w o r k , w e p r e p a r e d p o l y c r y s t a l l i n es p e c i m e n s o f ( L a , _ x y x ) 2 / 3 C a j / 3 M n 0 3

18、 ( x = 0 . 0 , 0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 2 5 , 0 . 3 , 0 . 4 , 0 . 5 , 5 / 8 , 7 / 8 , 1 . 0 )a n d Y , _ x C a x M n O 3 ( x = 0 . 0 , 1 / 8 , 2 / 8 , 3 / 8 , 4 / 8 , 5 / 8 , 6 / 8 , 7 / 8 , 1 . 0 ) . T h

19、e c r y s t a l s t r u c t u r e sa n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s h a v e b e e n s t u d i e d b y m e a n s o f X - R a y D i f f r a c t i o n ( X R D ) ,S c a n E l e c t r o n i c M i c r o

20、 s c o p e ( S E M ) a n d p h y s i c s p r o p e r t i e s m e a s u r e m e n t m e t h o d( P P M S ) e t c . T h e m a i n r e s u l t s a r e a s f o l l o w s :F i r s t l y , f o r t h e s e r i e

21、 s o f ( L a l _ . Y x ) 2 / 3 C a 1 / 3 M n O 3 s a m p l e s , X - r a y p o w e r d i f f r a c t i o np a t e r s r e v e a l e d t h e s i n g l e - p h a s e p e r o v s k i t e s t r u c t u r e f o r

22、 x = 0 . 1 - 0 . 7 . T h e r e i s a nm e t a l - i n s u l a t o r t r a n s t i o n ( M - I ) o c c u r s i n l o w c o n c e n t r a t i o n d o p i n g , M - I t r a n s t i o n T M ,d r o p s s h a r p

23、 l y f o r t h e s a m p l e o f x S 0 . 2 w i t h t h e Y - d o p e d i n c r e a s e a n d w h i l e t h er e l e v a n t p e a k r e s i s t i v i t y e n h a n c e s . T m l h a s a l i g h t i n