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钙钛矿结构稀土锰氧化物的研究始于1950年,由于这类材料表现出来的超大磁电阻效应在提高磁存储密度、磁敏传感器、磁制冷和红外线成像等方面都有着诱人的应用前景,因而受到人们的广泛关注。这类材料不仅具有重要的实用价值,而且在理论上正成为凝聚态物理学和自旋电子学研究的热点。它们表现出十分丰富的物理内容(如:双交换作用下的顺磁-铁磁相变伴随绝缘体-金属相变、超交换作用、电荷有序、轨道有序以及相分离等),研究清楚其基本物理问题不仅会促进其在应用方面的进展,还将对凝聚态物理的完善起到巨大的推动作用。在本论文中,作者结合理论和实验,研究了Ag与La0.6Dy0.1Sr0.3MnO3两相复合体系磁电性质及CMR的增强。论文共分两部分。
第一章和第二章为第一部分,第一章简要介绍了以钙钛矿结构氧化物为代表的庞磁电阻材料在应用和理论研究方面的巨大意义以及对该领域研究应具备的最基本的磁学背景知识。第二章简要回顾了掺杂锰氧化物庞磁电阻材料研究进展,其中着重介绍了掺杂锰氧化合物的各种物性--晶体结构、磁结构、电子结构和电磁特性。对锰氧化物的CMR效应,虽然在机理上的认识至今仍没有达成一致,但一般认为双交换作用和Jahn-Teller效应是两个基本因素,同时各种相互作用竞争造成的相分离是不可忽视的过程。
第三章为第二部分,是本人在金绍维、彭振生教授指导下完成的一些工作。介绍了样品制备方法和涉及的实验,对实验结果进行了定性分析和探讨。近年来,庞磁电阻(CMR)效应的发现激发了人们对钙钛矿结构锰氧化物的研究热情,因为CMR效应在磁传感、磁纪录、磁制冷等方面具有潜在的应用价值,以及所包含的丰富物理内涵。然而,锰氧化物要表现出CMR效应需要两个外部条件:一是温度T处于居里温度Tc附近(大多数偏离室温),二是几个特斯拉的较大外磁场。所以,目前CMR效应更多是学术上的美丽,未能获得实际应用的青睐,并且磁电阻产生的机理还没有统一的说法。因而探索钙钛矿锰氧化物在室温低场下的磁电阻增强成为从事该领域研究者的工作目标。低场磁电阻增强的方法,基本上是采用在材料微结构中引入自旋无序区域来提高LFMR。沿着这一思路,研究人员在锰氧化物中引入人工晶粒边界、采用钙钛矿锰氧化物/绝缘体烧结的复合材料、钙钛矿锰氧化物/金属烧结的复合材料、引入磁畴畴壁等方法,希望能在室温和低场下取得尽可能大的磁电阻效应,以满足实际应用需要。
本项目是选用居里温度Tc=308K,在6T磁场下磁电阻为75%的La0.6Dy0.1Sr0.3MnO3为母体,与金属Ag复合,制备二相复合体。探讨二相复合体系的输运机制、低场磁电阻产生的物理机制。
用固相反应法制备La0.6Dy0.1Sr0.3MnO3/(Ag2O)x/2(x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.20,0.25,0.30)样品,通过M-T曲线,p-T曲线,p-T拟合曲线,研究样品的磁性质、输运行为、输运机制及磁电阻效应。结果表明:少量掺杂时Ag可能参与反应。掺杂量较多时,Ag主要以金属态分离到母体颗粒的界面处,使体系形成两相复合体。掺Ag为30%摩尔比时,样品的电阻率较低掺杂时降低一个数量级,在292K、0.2T磁场下,磁电阻明显增强,达到16.3%,这与颗粒母体界面结构的改善有关,也与材料电阻率的降低有关。本项目的研究意义在于,从理论和实验上找到了实现室温低场磁电阻途径。