La-Sr-Mn-O基的Mn位掺杂及其Mn-Zn铁氧体复合材料的结构和磁电阻效应的研究

论文摘要

本论文概述了磁电阻效应的产生、原理、应用及磁电阻材料研究进展,以及概述了钙钛矿锰氧化物磁电阻效应的研究进展,阐述了钙钛矿锰氧化物的晶体结构、电子结构以及几种阐明钙钛矿磁电阻效应的理论:晶体场理论、Jahn-Teller效应、极化子模型、双交换作用和超交换作用等;阐述了铁磁体磁性能影响因素以及复合材料中邻近磁粒间的相互作用。采用固相烧结法制备了La2/3Sr1/3Mn1-xO3（LSM□O）、La2/3Sr1/3Mn1-yFeyO3（LSMFO）、La2/3Sr1/3Mn1-x-yFeyO3（LSM□FO）以及复合材料LSMO/xMZF(Mn0.5Zn0.5Fe2O4);利用德国Bruker D8 X-ray衍射仪分析了样品的结构和物相,以及通过Jade5.0软件分析部分样品的结构常数;采用日本H-3000扫描电子显微镜观察LSMFO的微观形貌,晶粒尺寸;通过振动样品磁强计测试LSM□FO及复合材料LSMO/xMZF的电阻随温度变化曲线,并求其磁电阻随温度的变化以及居里点的最大磁电阻。X-ray衍射谱分析说明固相烧结法制备的三个掺杂系列样品随着量的增加,结构常数没有发生大的变化,仍然保持单相钙钛矿结构,没有其它杂相生成;通过扫描电子显微的分析,发现Fe掺杂LSMFO晶粒生长不是很完全,而且晶粒间缝隙较大,其原因为烧结温度低而造成的;通过振动样品磁强计测试,在LSM□FO中,发现在其相同的Mn空位下,随着Fe掺杂浓度的增加,样品的电阻率明显增大,居里温度Tc减小,由于Fe掺杂降低了Mn3+和Mn4+间的双交换作用,使其磁电阻MR值增大。LSMO/xMZF复合材料分析表明:随着掺杂浓度的增加,其电阻率也在增大,其峰值电阻率所对应的温度向低温方向移动而其磁电阻随温度升高而下降,这是因为LSMO/MZF/LSMO形成的隧道节主导着复合材料的磁电输运性质:随掺杂浓度的增大,低温磁电阻增大,而高温磁电阻降低。掺杂浓度大,LSMO/MZF/LSMO隧道节所占的百分比越大,在高磁场下,低温时有更多的巡游电子可以隧穿晶界势垒,导致磁电阻增大。而高温下,由于热运动导致MZF两端的LSMO巡游电子自旋排列不一致,从而大大降低了自旋相关隧穿效应,导致磁电阻急剧降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 磁电阻效应的研究
• 1.1.1 磁电阻效应
• 1.1.2 磁电阻效应的机理
• 1.1.3 磁电阻效应的研究进展
• 1.2 钙钛矿（Perovskite）锰氧化物
• 1.2.1 钙钛矿锰氧化物磁电阻的研究进展
• 1.2.2 钙钛矿锰氧化物的晶体结构
• 1.2.2.1 理想的钙钛矿锰氧化物的晶体结构
• 1.2.2.2 实际的钙钛矿锰氧化物的晶体结构
• 1.2.3 钙钛矿锰氧化物磁电阻的机理
• 1.2.3.1 晶体场理论和Jahn-Teller效应
• 1.2.3.2 Zener双交换作用（double exchange interaction,DE）
• 1.2.3.3 极化子模型
• 1.2.3.4 Anderson超交换作用（super exchange interaction）
• 1.2.3.5 电荷有序
• 1.2.4 掺杂钙钛矿锰氧化物的机理研究
• 1.3 锰氧化物/铁氧体复合材料研究概况
• 1.3.1 铁磁体磁性能的影响因素
• 1.3.1.1 结构对磁导率的影响
• 1.3.1.2 添加剂的影响
• 1.3.2 磁性晶粒之间的相互作用
• 1.3.2.1 晶粒之间的长程静磁相互作用
• 1.3.2.2 邻近晶粒之间的耦合相互作用
• 1.4 本论文研究内容及意义
• 第二章 样品的制备及表征
• 2.1 实验流程图
• 2.2 主要化学试剂及仪器
• 2.3 样品的制备
• 2.3.1 LSMO多晶掺杂样品
• 2.3.1.1 LSMO多晶掺杂样品的制备
• 2.3.1.2 LSMO多晶掺杂样品的制备流程图
• 2.3.2 LSMO/MZF复合材料
• 2.3.2.1 LSMO/MZF复合材料的制备
• 2.3.2.2 LSMO/MZF复合材料的制备流程图
• 2.4 结构表征
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）测试
• 2.4.2 扫描电子显微镜测试
• 2.4.3 振动样品磁强计（VSM）测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 Mn位空掺杂和Fe掺杂的LSMO的结构研究
• □O和LSMFO预烧的结构研究'>3.1.1 LSM_□O和LSMFO预烧的结构研究
• □O的结构研究'>3.1.2 Mn空位掺杂LSM_□O的结构研究
• 2/3Sr_1/3Mn_1-yFe_yO₃的结构研究'>3.1.3 Fe掺杂的La_2/3Sr_1/3Mn_1-yFe_yO₃的结构研究
• 3.2 Mn空位掺杂与Fe掺杂共掺杂的LSMO的结构和磁电阻研究
• 2/3Sr_1/3Mn_1-x-yFe_yO₃的结构研究'>3.2.1 共掺杂La_2/3Sr_1/3Mn_1-x-yFe_yO₃的结构研究
• 2/3Sr_1/3Mn_1-x-yFe_yO₃的微观形貌研究'>3.2.2 共掺杂La_2/3Sr_1/3Mn_1-x-yFe_yO₃的微观形貌研究
• 2/3Sr_1/3Mn_1-x-yFe_yO₃磁电输运性质研究'>3.2.3 共掺杂La_2/3Sr_1/3Mn_1-x-yFe_yO₃磁电输运性质研究
• 3.3 LSMO/MZF复合材料的结构和磁电阻研究
• 3.3.1 MZF的结构研究
• 3.3.2 LSMO/MZF复合材料的结构研究
• 3.3.3 LSMO/xMZF复合材料的磁电输运性质研究
• 第四章 结果
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果