鈣鈦礦錳氧化物電荷有序態(tài)穩(wěn)定性及相分離界面效應(yīng)研究.pdf

1、具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物材料引起了人們的極大興趣，這不僅因?yàn)樗哂袧撛诘膽?yīng)用前景，更為重要的是錳氧化物材料具有豐富的物理性質(zhì)。由于該體系是自旋、電荷、軌道和晶格自由度高度關(guān)聯(lián)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系，各種相互作用之間的競(jìng)爭(zhēng)和耦合導(dǎo)致了復(fù)雜的電磁和結(jié)構(gòu)相圖以及各種有趣的物理現(xiàn)象如電荷、自旋和軌道有序以及相分離等。大量的研究集中在各種有序的構(gòu)型以及對(duì)電磁特性的影響，相分離的起源以及與巨磁阻效應(yīng)的聯(lián)系上。然而關(guān)于電荷有序態(tài)的穩(wěn)定性和相分離材料中的界面效應(yīng)

2、仍不清楚。本論文主要研究不同體系的電荷有序態(tài)在強(qiáng)磁場(chǎng)下的穩(wěn)定性以及相分離錳氧化物中不同相之間的界面對(duì)電磁特性的影響。本論文的主要內(nèi)容安排如下： 第一章介紹了巨磁阻錳氧化物的研究歷史；晶體結(jié)構(gòu)以及晶格畸變；基本物理機(jī)制(如雙交換相互作用、Jahn-Teller效應(yīng)和超交換作用)；La1-xCaxMnO3和其它體系的電磁相圖；不同體系和摻雜范圍的相分離；電荷有序及其對(duì)電磁特性的影響以及穩(wěn)定性，Zener極化子有序；錳氧化物異質(zhì)外延p

3、-n結(jié)；關(guān)于錳氧化物在應(yīng)用方面研究的最新進(jìn)展。 第二章從熱力學(xué)的角度研究了La1-xCaxMnO3(0.55≤x≤0.87)體系中Jahn-Teller相互作用對(duì)比熱和磁特性的影響。通過(guò)比熱、超聲和磁化強(qiáng)度的測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)x從0.55增大到0.75，Jahn-Teller相互作用的增強(qiáng)抑制了電荷有序轉(zhuǎn)變溫度TCO以上的鐵磁漲落，增大了同電荷/軌道有序轉(zhuǎn)變相關(guān)的熵變，因此增強(qiáng)了電荷有序態(tài)的穩(wěn)定性。當(dāng)進(jìn)一步增大x從0.75到0.8

4、7，由于Jahn-Teller相互作用的減弱，鐵磁漲落逐漸增強(qiáng)，熵變幾乎線性地降低。我們基于Clausius-Clapeyron方程計(jì)算的TCO對(duì)磁場(chǎng)的依賴與強(qiáng)磁場(chǎng)輸運(yùn)測(cè)量獲得的結(jié)果很好地一致。這些結(jié)果表明Jahn-Teller相互作用是理解電荷有序態(tài)的本征物理特性的關(guān)鍵。 第三章主要研究了Sm1-xCaxMnO3(0.4≤x≤0.8)體系的結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)特性。通過(guò)變溫X射線衍射和強(qiáng)磁場(chǎng)輸運(yùn)測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)隨著溫度的降低，合作Jahn

5、-Teller畸變形成，導(dǎo)致了電荷有序轉(zhuǎn)變以及晶胞參數(shù)和電阻在TCO附近的異常。在低溫下的磁阻效應(yīng)起源于磁場(chǎng)誘導(dǎo)的t2g自旋的極化，并且隨著Ca含量的增加而減小。而在TCO附近的電荷有序態(tài)的穩(wěn)定性強(qiáng)烈地依賴于合作Jahn-Teller畸變和Ca含量。這些結(jié)果充分地肯定了電子、晶格、自旋和軌道自由度之間緊密的聯(lián)系。此外，我們也系統(tǒng)地比較了不同體系電荷有序態(tài)的穩(wěn)定性隨摻雜稀土離子的變化，發(fā)現(xiàn)隨稀土離子半徑的減小，最穩(wěn)定的電荷有序態(tài)向較低的C

6、a含量方向移動(dòng)。 第四章主要研究了相分離的Y0.2Ca0.8MnO3中的界面效應(yīng)對(duì)其電磁特性的影響。我們發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)磁場(chǎng)下相分離的Y0.2Ca0.8MnO3的磁和輸運(yùn)行為在低于一定的溫度T*時(shí)顯示出磁場(chǎng)歷史依賴行為。并且隨著磁場(chǎng)的增加，這種差異變得越來(lái)越明顯，T*逐漸升高。這種異常的高場(chǎng)歷史依賴行為被歸因于在鐵磁/反鐵磁界面處磁致彈性造成的巨大的能量勢(shì)壘。此外，我們也在Y0.2Ca0.8MnO3中發(fā)現(xiàn)了交換偏置效應(yīng)，并研究了它對(duì)磁阻

7、的影響。我們假定eg電子在相鄰的鐵磁團(tuán)簇和反鐵磁相之間經(jīng)過(guò)自旋受挫的鐵磁/反鐵磁界面隧穿，這個(gè)模型很好地解釋了磁阻效應(yīng)。這些結(jié)果表明鐵磁/反鐵磁界面在相分離的錳氧化物的電磁特性中扮演了關(guān)鍵的角色。 第五章初步研究了La0.67Sr0.33MnO3/Nb0.005Sr0.995TiO3p-n結(jié)的整流特性隨溫度和磁場(chǎng)的變化。我們發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，開(kāi)啟電壓Vd減小。p-n結(jié)在整個(gè)測(cè)量溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出負(fù)磁阻效應(yīng)，這與外加磁場(chǎng)極化了在e