钙钛矿结构锰氧化物基态特性研究

论文摘要

钙钛矿结构锰氧化物有丰富的相图,优异的电子极化特性,应用潜力极大的CMR效应,自从90年代初以来,钙钛矿结构锰氧化物一直是凝聚态物理中的一个热门领域。对钙钛矿结构锰氧化物的电子结构,晶格结构的深入了解,可以帮助我们更好的理解其复杂的电磁相图,输运等特性,以方便现在和将来这类材料在人们的日常生活或工农业生产等多方面的应用。100%的电子自旋极化率使得该材料可以作为理想的自旋从无机注入无机或有机半导体的注入源;CMR特性使该类材料能够制成潜力巨大且性能优异的p-n结,还可以作为场效应器件。钙钛矿结构锰氧化物这一复杂体系中包含各种复杂的相互作用:最近邻格点eg电子之间的跃迁,同一格点上eg电子自旋和局域t2g电子自旋间强的Hund耦合作用,最近邻t2g电子间的反铁磁耦合作用,eg电子间的库仑作用项,eg电子和声子的耦合互作用。活跃在钙钛矿结构锰氧化物这一领域的许多小组为了对该类材料进行详细的研究,他们提出了许多不同的合理方法和模型,如单轨道模型,双轨道模型等等。基于现有的模型并融合我们对钙钛矿结构锰氧化物这一复杂体系在z轴方向的各种性质的深刻理解,我们提出了简单的一维单轨道模型,文中我们详细介绍了哈密顿量的各部分物理含义和二次量子化下的表达式,并给出了本征方程的求解过程。在我们简单的一维单轨道模型下,选取合适的参数,我们给出了许多研究成果,低掺杂浓度下的反铁磁—铁磁相变,体系在反铁磁态时的两相共存,以及无序对体系自旋分布的影响等等,尤其是体系在反铁磁态时的两相共存,这非常符合许多实验和理论预言。人们对钙钛矿结构锰氧化物的研究已经取得了巨大进步,大量的理论和实验使得人们认识到,单纯的双交换模型不能给出钙钛矿结构锰氧化物复杂的相图,更不能给出体系电荷,轨道,自旋,及晶格的相互作用的本质。在该领域仍然有许多问题等待我们去解决,例如,在相图中,FM态的本质是什么;在一些钙钛矿结构锰氧化物中出现的玻璃态是一种标准的自旋玻璃还是一种所谓的相分离的玻璃;钙钛矿结构锰氧化物中直流电阻的温度依赖特性还没有被充分的为人们所理解,等等。我们相信,随着人们对钙钛矿结构锰氧化物这一复杂体系的认识的不断深入,许多问题会迎刃而解,但同时会有不少新的问题出现,但人们的认识会有日新月异的进步;随着人们对这类材料的认识的不断深入,这类材料的应用也将会越来越广泛,这必将极大的推动人类社会的进步!

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 钙钛矿结构锰氧化物结构、性质及应用概述
• §1.1 引言
• §1.2 钙钛矿结构锰氧化物结构、性质及应用
• §1.2.1 钙钛矿结构锰氧化物晶格结构
• §1.2.2 钙钛矿结构锰氧化物电子结构
• §1.2.3 钙钛矿结构锰氧化物性质及应用
• §1.2.3.1 钙钛矿结构锰氧化物磁电性质
• §1.2.3.2 钙钛矿结构锰氧化物输运性质
• §1.2.3.3 钙钛矿结构锰氧化物应用
• §1.3 拟展开的研究内容
• 参考文献:
• 第二章 一维单轨道模型
• §2.1 复杂的相互作用及几种常见模型
• §2.1.1 复杂的相互作用
• §2.1.2 几种常见模型
• §2.2 一维单轨道模型
• §2.2.1 一维单轨道模型的哈密顿
• §2.2.2 一维单轨道模型锰氧链结构示意图
• §2.2.3 一维单轨道模型公式的求解
• §2.3 本章小结
• 参考文献:
• 第三章 掺杂时体系的反铁磁—铁磁相变及无序的影响
• §3.1 引言
• §3.2 低掺杂时体系的反铁磁—铁磁相变
• §3.2.1 体系参数的选取
• §3.2.2 低掺杂时体系的反铁磁—铁磁相变
• §3.2.3 电荷偏离与氧晶格畸变
• §3.2.4 AFM体系铁磁反铁磁团簇的共存
• §3.3 无序对体系性质的影响
• §3.3.1 无序对反铁磁体系自旋分布的影响
• §3.3.2 无序对体系电荷偏离和氧晶格畸变的影响
• §3.4 本章小结
• 参考文献:
• 第四章 总结与展望
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表