La1-xNaxMnO3块材及薄膜的制备和电磁输运性能的研究

论文摘要

钙钛矿锰氧化物材料所表现出的巨磁电阻效应（CMR）,在提高磁存储密度和磁传感器等方面具有十分广阔的应用前景。这类材料属于强关联体系,有着不同寻常的电磁输运性能,蕴涵了丰富的物理内涵,因此成为当今凝聚态物理学和材料物理学中最前沿的领域之一。在本论文中,作者通过实验研究,对单价Na元素掺杂锰氧化物LaMnO3块材和薄膜的物理性能作一些研究和探索。 本论文第一章简要综述了各种巨磁电阻（CMR）材料的研究进展及其物性性能,概述了巨磁电阻效应的应用前景。 第二章详细介绍了锰氧化物材料的CMR效应的研究进展和丰富物理性能。包括晶体结构、电子结构、电磁输运性质以及一些特殊物理现象。解释了该材料CMR效应可能的理论模型,阐明了各种因素对CMR效应的影响。 第三章我们研究了La1-xNaxMnO3（x=0.10,1/6,0.20）多晶块材的晶体结构和电磁输运性能。实验结果表明所有样品的晶体结构均为菱形结构,样品的居里温度Tc均在室温或室温以上,零场和加场冷却的M-T曲线出现分叉现象。所有样品的ρ-T曲线都出现了金属—绝缘体转变现象,转变温度TP与居里温度Tc相对应。加0.5T外磁场后,三个样品出现巨磁电阻效应,MR峰值出现在Tp1附近,均在室温或以上。其中x=0.10样品的MR峰值最大,在302K达到17.4%。同时还观察到低温下异常的电输运行为,结合M-T曲线出现分叉现象,我们认为两者与样品中电、磁不均匀分布有关。 第四章采用RF射频磁控溅射方法在LaAlO3（001）单晶的基片上制备La1-xNaxMnO3（x=0.10,1/6,0.20）薄膜,并研究它们的电输运性能。实验结果表明所有薄膜样品都出现了金属—绝缘体转变现象,转变温度TP均比多晶块材的低很多,并且在TP附近出现了大的低场巨磁电阻效应。其中x=0.20薄膜的MR峰值最大,在236K和0.5T的磁场中为26.4%。通过对ρ-T曲线实验数据拟合发现,薄膜样品在低温区电输运机制是电子—电子散射和电子—磁振子的相互作用,而在高温区电输运机制是小极化子跃迁输运。 第五章采用RF射频磁控溅射法和直流磁控溅射法在LaAlO3（001）的单晶基片上制备了La0.8Na0.2MnO3/La0.75MNO3/La0.8Na0.2MnO3三层膜,并研究其电输运性能。借助X射线衍射结果,表明是取向生长的三层膜。我们测量了三层膜的R-T关系曲线,结果表明三层膜的电阻比LNMO单层膜的大,在200K和0.5T的磁场中,三层膜的MR峰达到32.2%,其可能的原因源于层间交互作用,电子在界面处的自旋相互散射以及内应力造成的点阵畸变所致。

论文目录

• 第一章 巨磁电阻效应及相关材料的研究进展
• 1.1 引言
• 1.2 磁致电阻效应
• 1.2.1 正常磁电阻效应
• 1.2.2 各向异性磁电阻效应
• 1.3 巨磁电阻材料的研究进展
• 1.3.1 金属多层膜的巨磁电阻效应
• 1.3.2 自旋阀效应
• 1.3.3 颗粒膜的巨磁电阻效应
• 1.3.4 磁隧道结巨磁电阻效应
• 1.3.5 钙钛矿型稀土锰氧化物中的巨磁电阻效应
• 1.4 巨磁电阻效应的应用
• 1.5 本论文的研究目的
• 第二章 钙钛矿型锰氧化物巨磁电阻材料的物理性质
• 2.1 钙钛矿型锰氧化物的晶体结构
• 2.1.1 晶体结构的特征
• 2.1.2 Jahn-Teller畸变
• 2.1.3 A、B位离子半径不匹配引起的晶格畸变
• 2.2 钙钛矿型锰氧化物的磁结构
• 2.3 钙钛矿型锰氧化物的电子结构
• 2.4 钙钛矿型锰氧化物的电磁性能与机制
• 2.4.1 导电特性
• 2.4.2 电磁输运机制
• 2.4.2.1 双交换作用机制
• 2.4.2.2 极化子理论
• 2.5 掺杂等条件对CMR材料性能的影响
• 2.5.1 A、B位离子半径对CMR效应的影响
• 2.5.2 O含量的影响
• 2.6 钙钛矿型锰氧化物的几种特殊物理现象
• 2.6.1 锰氧化物中的电荷有序
• 2.6.2 锰氧化物中的轨道有序
• 2.6.3 磁有序结构态
• 2.6.4 自旋玻璃态
• 2.6.5 相分离
• 2.7 本章小结
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的制备和电磁输运性能研究'>第三章 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的制备和电磁输运性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备与表征
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的制备'>3.2.1 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的制备
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的结构表征'>3.2.2 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的结构表征
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的电磁输运性能'>3.3 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）块材的电磁输运性能
• 3.3.1 块材的磁性能测量
• 3.3.2 块材的电输运性能测量
• 3.4 块材的电磁输运性能的分析
• 3.5 本章小结
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的制备及其磁电阻效应'>第四章 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的制备及其磁电阻效应
• 4.1 引言
• 4.2 磁控溅射原理及设备简介
• 4.2.1 磁控溅射原理
• 4.2.2 磁控溅射设备简介
• 4.2.3 薄膜制备工艺
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的制备'>4.3 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的制备
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）靶材的制备'>4.3.1 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）靶材的制备
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的制备工艺'>4.3.2 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的制备工艺
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的结构分析'>4.3.3 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的结构分析
• 1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的输运性能'>4.4 La_1-xNa_xMnO₃（x=0.10，1／6，0.20）薄膜的输运性能
• 4.4.1 薄膜的电输运性能与磁电阻效应
• 4.4.2 薄膜的电输运性能的分析
• 4.5 本章小结
• 0.8Na_0.2MnO₃／La_0.75MnO₃／La_0.8Na_0.2MnO₃三层膜的制备以及磁电阻效应'>第五章 La_0.8Na_0.2MnO₃／La_0.75MnO₃／La_0.8Na_0.2MnO₃三层膜的制备以及磁电阻效应
• 5.1 引言
• 5.2 样品的制备与结构
• 5.3 三层膜的电输运性质与CMR效应
• 5.4 三层膜的电输运性质讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况