论文摘要
钙钛矿锰氧化物由于表现出庞磁电阻效应（CMR）,具有100 %自旋极化率及存在着复杂的电子、晶格、自旋等相互作用而成为凝聚态物理、材料物理等领域的主要研究对象之一。但是,CMR效应只有在较高的外加磁场（～几Teslas）和较窄的温度范围内才能观察到,这极大地限制了它的实际应用。对于在多晶材料中发现的和颗粒边界相关的非本征磁电阻效应,虽然对低场有较高的响应性,但这类磁电阻效应主要出现在低温范围（远低于居里温度）,且它的大小随温度升高而迅速减小,也不利于在实际器件中的应用。本论文主要以钙钛矿锰氧化物La2/3Ca1/3MnO3 （LCMO）,La2/3Sr1/3MnO3 （LSMO）颗粒体系为研究对象,通过在其颗粒边界引入不同性质的第二相材料对颗粒边界进行改性,并对复合体系的电、磁输运行为进行研究,从而为提高低场磁电阻效应提供试验和理论基础。主要研究内容包括如下几方面:1.介绍了磁电子学的相关内容,对最具应用前景的磁电子材料――钙钛矿锰氧化物的结构、电输运行为与磁性质进行了较全面的概括,综述了钙钛矿锰氧化物中的本征庞磁电阻效应和非本征的低场磁电阻效应（LFMR）,在此基础上提出了论文的选题依据和研究意义;2.根据第二相材料本身的性质,分别设计了特殊的样品制备工艺,成功地将第二相材料引入到铁磁金属颗粒的表面,并能有效地控制其分布,从而达到对颗粒边界改性的目的,进而改变铁磁颗粒之间的电、磁输运行为;3.通过制备（1-x）LCMO/xCuO复合体系,成功地实现了顺磁性Cu相关物质对铁磁性LCMO颗粒的包覆,将具有额外自旋的Cu2+引入到了LCMO的颗粒表面。研究了烧结温度对复合体系结构,及电、磁输运行为的影响,从而确定了合适的烧结工艺条件;实验发现随着复合量x的增加,复合体系的金属-绝缘体转变温度Tp先迅速降低,后几乎不随x的继续增大而改变;复合体系的低场磁电阻效应得到了实质性的提高,在0.3 T的外加磁场下其最大磁电阻达到了～90 %。4.系统研究了（1-x）LCMO/xCuO （x=20 %）复合体系在降温和升温过程中电输运性质和磁行为。研究结果发现:该复合体系在Tp附近,除表现出低场超大磁电阻效应外,还表现出不寻常的磁滞和热滞现象。我们提出这些实验现象应该源于相同的物理机制,即由于顺磁Cu相关物质对LCMO的包覆,在颗粒边界上引入了自旋无序。恒温下测了样品的电阻率-磁场关系、磁化强度-磁场关系以及电阻率随时间的弛豫行为,发现复合体系的以上行为在温度Tp附近出现非常明显的弛豫效应,这进一步说明颗粒边界上的自旋无序程度在Tp附近最为显著。5.制备了（1-x）LCMO/xSb2O5,（1-x）LSMO/xSb2O5复合体系,成功地将非磁性绝缘体Sb2O5引入到铁磁性颗粒LCMO或LSMO的表面。发现当复合量较低时, Sb2O5主要包覆在LCMO或LSMO的颗粒表面,复合样品的Tp随x的增大而降低;当复合量较大时,Sb2O5团聚在一起,样品的Tp反而向高温方向移动。对于LCMO/ Sb2O5复合体系,样品的低场磁电阻效应在Tp处与纯LCMO相比得到了增强,但与LCMO/CuO复合体系中得到的磁电阻效应相差甚远;对于LSMO/ Sb2O5复合体系,磁电阻在很宽的温度范围均得到了明显改善,尤其是室温下的磁电阻效应得到了显著增强。我们基于自旋极化隧穿对实验结果进行了合理解释。6.制备了LCMO/xCuMn2O4复合体系,将反铁磁性绝缘体CuMn2O4引入到铁磁性LCMO颗粒体系中。由于界面上存在铁磁-反铁磁性耦合,复合样品的磁电阻效应在很宽的温度范围内均得到了增强,在3 T的外加磁场下,x=30%样品从低温一直到220 K表现出一个约～45 %的磁电阻平台。7.研究了（1-x）LSMO/xCuO复合体系,尽管对制备工艺进行了多方面的探索,但其磁电阻效应并未能象LCMO/CuO复合体系中那样得到实质性的增强。总之,以钙钛矿锰氧化物为基体,通过设计合适的样品制备工艺,将具有不同性质的第二相,如顺磁性的Cu相关物质,非磁性绝缘体,反铁磁性绝缘体引入到铁磁颗粒表面,对颗粒边界进行改性时,确实能使复合体系的低场磁电阻效应得到实质性的提高。这一方法为研究钙钛矿锰氧化物的低场磁电阻效应提供了一个全新的思路,具有潜在的应用价值。
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