庞磁电阻材料的研究进展

20世纪自旋电子学的高速发展以及对强关联电子材料的进一步研究使得具有庞磁电阻效应的稀土掺杂锰氧化物成为凝聚态物理和功能材料研究的重要领域。锰氧化物的载流子自旋极化率高，在居里度附近有很大的磁电阻效应，因此在自旋电子学中有潜在应用前景。锰氧化物是典型的强关联电子材料，它对目前有关强关联体系的认识提出了很大挑战。本文介绍了锰氧化物所具有的包括庞磁电阻效应在内的各种效应及其可能的应用。

稀土掺杂锰氧化物庞磁电阻效应

过去十多年来,具有庞磁电阻效应的稀土掺杂锰氧化物成为了凝聚态物理研究的重要领域。锰氧化物的载流子自旋极化率高,且在居里温度附近表现出很大的磁电阻效应,因此在自旋电子学中有潜在的应用前景。另一方面,锰氧化物是典型的强关联电子体系,它对目前有关强关联体系的认识提出了很大挑战。本文综述了锰氧化物的各种性质及其物理原因。全文首先概述了锰氧化物的庞磁电阻效应及其晶格和电子结构,简单介绍了其他一些庞磁电阻材料;随后综述了锰氧化物的电荷/轨道有序相及其输运性质;在第四部分简单介绍了锰氧化物中庞磁电阻效应的机制;最后讨论了锰氧化物的一些可能的应用,如低场磁电阻效应、磁隧道结、磁p＿n结以及全钙钛矿的场效应管和自旋极化电子注入装置等。

La_(0.7)Ca_(0.3)MnO_3薄膜庞磁电阻(CMR)现象的分析

针对La0.7Ca0.3MnO3薄膜材料中磁团簇的特性及其对材料庞磁电阻(CMR)现象的影响进行了研究。根据实验数据,利用Wagner等提出的数学模型,对La0.7Ca0.3MnO3薄膜中的磁团簇随温度的变化行为特性进行了研究;通过对La0.7Ca0.3MnO3薄膜相关实验数据的拟合,发现La0.7Ca0.3MnO3薄膜的居里温度范围应当在245～250K之间,从而进一步缩小了该材料居里温度的误差范围;还通过计算MR随磁团簇总角量子数J的变化,研究了制约和影响MR值的主要因素,发现磁团簇尺寸在La0.7Ca0.3MnO3薄膜的CMR现象中扮演了重要角色。

溶胶凝胶法制备La_(0.7)Ca_(0.3)MnO_3薄膜庞磁电阻效应和电流诱导电阻特性

采用溶胶凝胶法成功制备了La0.7 Ca0.3MnO3块材和单晶薄膜,研究了薄膜的电阻随温度的变化特性,以及在不同的恒定电流下,薄膜的电阻的变化特性,实验发现在同一温度下,电阻随着电流的增大而变小,在同一稳恒电流下,在T>Tc 时,电阻随着温度的升高而变小;并且出现了双极值现象。这些输运特性可以采用双交换作用和晶格畸变产生的小极化子的机制来解释。

择优掺杂的La-Ca-Na-Mn-O体系的庞磁电阻效应

利用溶胶-凝胶法制备出择优掺杂的名义组分为La1-x(Ca1-yNay)xMnO3(LCNM)的多晶样品。XRD测试表明样品均为钙钛矿结构。电输运测试表明所有样品均发生金属-绝缘体转变和顺磁-铁磁转变(转变温度分别用Tm和TC表示),转变温度随Na含量的增加而增加,但是由于Ca,Na离子间价态的不同引起的磁不均匀性,同时含Ca和Na的样品电输运曲线在Tm温度以下出现肩型鼓包,同时表现出增宽的顺磁-铁磁转变过程,磁电阻测量发现所有样品均表现出庞磁电阻(CMR)效应,但是由于磁不均匀性,y约为0.25的样品表现出两个CMR峰。

用溶胶-凝胶法制备La_(1-x)Ca_xMn_(1.03)O_3(x=0.2,0.4)薄膜的庞磁电阻效应

报道了用溶胶 -凝胶 (sol- gel)方法在 La Al O3 (10 0 )衬底上制备 L a1-x Cax Mn1.0 3 O3 (x=0 .2 ,0 .4 )外延薄膜的方法和磁电阻效应 .电阻率随温度的变化关系 ,是从类半导体行为向金属导电行为转变 ,对 x=0 .2样品 ,Tc 最高达 2 75 K,Rm 最大可达 10 4 %(B=1.5 T) .

La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3/La_(0.75)MnO_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3庞磁电阻三层膜的制备及结构形貌和性能

用磁控溅射法在 (0 0 1)取向的LaAlO3单晶基片上制备了La0 .6 7Sr0 .33MnO3/La0 .75MnO3/La0 .6 7Sr0 .33MnO3外延三层膜。结果表明 ,与La0 .6 7Sr0 .33MnO3单层膜相比较 ,外延三层膜的X射线衍射图上出现 3级衍射峰 ,每级衍射峰由 3个峰组成 :其中强度最高的衍射峰代表衬底的衍射 ;次强的代表上下两层La0 .6 7Sr0 .33MnO3膜 ;最弱的代表中间La0 .75MnO3层。三层膜的二维原子力表面形貌为均匀的小颗粒状 ,表明其三维形貌为外延岛状柱状晶。这种三层膜的巨磁电阻效应与中间层La0 .75MnO3的厚度有关 ,当中间层厚度为 70nm时 ,其最大磁电阻值可达到 3 2 % ,这个结果优于La0 .6 7Sr0 .33MnO3单层膜的巨磁电阻效应。其可能的原因是电子在界面上的散射、层间的交互作用 ,以及点阵错配导致的内应力的综合结果。

铁电性、高温超导电性和庞磁电阻(CMR)效应的共性特征探讨

从结构和相变两个方面探讨了铁电性、高温超导电性和庞磁电阻(CMR)效应的共性,指出这类性质是集体电子行为,是由各种结构层次(晶体结构、电子结构及自旋结构)相互作用、相互耦合共同引起的。

Pr_(0.5)Ba_(0.1)Sr_(0.4)MnO_3的电磁性能及其庞磁电阻效应

用固态反应法制备了半掺杂锰氧化合物Pr0.5Ba0.1Sr0.4MnO3块材,结果显示,当温度从5K增加到300K时,样品依次由反铁磁绝缘体转变为铁磁半导体、铁磁金属、顺磁半导体。在发生反铁磁-铁磁和铁磁-顺磁两种转变时,样品在较低的磁场(1T)作用下,都表现出了较强的庞磁电阻效应。

庞磁电阻薄膜La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3的制备和输运特性

用溶胶-凝胶法在LaAlO_3衬底上制备了La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜,研究了La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜的结构和输运特性．结果表明：La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜呈现畸变钙钛矿结构,具有好的外延性；在同一温度下,电阻在磁场作用下变小,在283K和88K分别出现了金属-绝缘体转变,产生了双极值现象,并且在双极值附近电阻变化最大；用连续激光作用薄膜时,同样出现了双极值现象,在同一温度下,电阻反而变大,在升温和降温过程中出现了明显的滞后行为．根据双交换和小极化子理论,这些现象与Mn离子的e_g电子受激跃迁有关．

钙钛矿La_(0.7-x)Gd_xSr_(0.3)MnO_3中的庞磁电阻效应

利用固相反应烧结法成功地制备了钙钛矿La0.7-xGdxSr0.3MnO3(x=0.00、0.10、0.15、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70)多晶样品.研究了样品的微观结构,5K-350K温度范围内的磁性,样品的磁电阻随温度、成分的变化关系,电阻随温度变化特性等.并在x=0.50样品中,磁化强度为6T时,观察到了5000%的庞磁电阻.

庞磁电阻效应材料中的低温电阻率反常现象

发现在La1/ 3 Nd1/ 3 Ba1/ 3 MnO3 和La1/ 3 Nd1/ 3 Sr1/ 3 MnO3 材料中存在低温电阻率极小值现象·经曲线拟合分析后 ,认为其机理在于材料中存在类似于磁性杂质对传导电子自旋散射造成的近藤效应 (KondoEffect) 。

掺K^+和Ag^+的LaMnO_3的室温庞磁电阻效应

采用固相烧结法制备了名义成分为 La1- x Kx Mn O3(x=0 .1～ 0 .4)和 La0 .8K0 .2 - yAgy Mn O3(y=0～ 0 .2 )的多晶样品 ,发现用 K、Ag取代 La后 ,可使菱面体结构的这种钙钛矿型稀土锰氧化物居里温度升高至室温附近 ,从而使样品的室温磁电阻增大 ,其中 La0 .8K0 .2 Mn O3在μ0 H =1 T磁场下的磁电阻可达 1 3.5%。该值比单纯掺 Na和掺 Ag的同样成分的稀土锰氧化物的磁电阻要大。通过对磁电阻与磁化强度之间密切关系的讨论 。

Pr_(0.5)La_(0.2)Sr_(0.3)MnO_3的电磁性能及其庞磁电阻效应

锰氧化合物在计算机硬盘和磁头等领域有着广泛的应用。本实验用高温烧结法制备了半掺杂锰氧化合物Pr_(0.5)La_(0.2)Sr_(0.3)MnO_3陶瓷,测试结果表明,在温度从5K增加到300K的过程中,样品依次由反铁磁绝缘体转变为铁磁半导体、铁磁金属、顺磁半导体。在发生反铁磁-铁磁和铁磁-顺磁两种转变温度处,样品在较低的外加磁场作用下,都表现出了较强的庞磁电阻效应。

Na掺杂钙钛矿型锰氧化物的庞磁电阻效应及团簇玻璃态行为

研究了钙钛矿型锰氧化物La1-xNaxMnO3(x=0.1,0.2)多晶块材的电磁输运性能和庞磁电阻(CMR)效应以及低温下的团簇玻璃态行为。研究表明该材料具有菱形(R3C)结构,材料的居里温度TC均在室温或室温以上,样品的电阻率随温度变化的-ρT曲线出现3个峰,定义中间最高电阻峰温度为TP1,低温电阻峰温度为TP2,高温电阻峰温度为TP3。综合磁化强度测量的结果,认为TP1与居里温度TC相对应,来源于顺磁绝缘体向铁磁金属的转变,同时在此附近出现较大的低场室温磁电阻(LFMR)效应,TP2峰出现的原因是在此温度附近出现了相分离。另外,磁化强度测量观察到La0.8Na0.2MnO3低温下的团簇玻璃态行为,其出现原因认为是随着Na+离子掺杂量的升高,样品中的Mn4+离子数量增加并且Mn3+和Mn4+离子不均匀分布。

基于Mott理论的庞磁电阻现象研究

根据实验数据 ,利用一定的数学模型 ,对La0 .7Ca0 .3 MnO3 薄膜材料中的磁团簇随温度变化的行为特性进行了研究 ,通过对La0 .7Ca0 .3 MnO3 薄膜相关实验数据的拟合 ,进一步缩小了该材料居里温度的误差范围 ;通过计算MR随磁团簇总角量子数J的变化 ,研究了制约和影响MR值的主要因素。

钙钛矿结构La_(0.9)Sb_(0.1)MnO_3的庞磁电阻性质

一种新的钙钛矿结构的庞磁电阻氧化物La0 .9Sb0 .1 MnO3已用固态反应方法制成 ,通过超导量子干涉器件(SQUID)装置测量研究了它的电输运性质和磁性质 .x射线光电子能谱分析证明 ,该氧化物中Sb的价态是 +5价 ,因此该氧化物是一种新的电子掺杂型庞磁电阻材料 .

晶界对庞磁电阻颗粒薄膜的磁学和输运性能的影响

采用脉冲电子束沉积技术,在Si(100)单晶衬底上沉积庞磁电阻La0·67Ca0·33MnO3颗粒薄膜,并对它的磁学性能和电学输运性能进行了表征.研究晶界对庞磁电阻薄膜的物理性能的影响,结果表明,晶界的存在使得晶粒之间的耦合变弱,在变温磁化过程中表现出团簇玻璃态行为,金属—绝缘体转变温度(Tp)远远低于铁磁—顺磁转变温度(Tc).低温下电子输运具有弱局域化行为.在低磁场下,晶界的存在掩盖了La0·67Ca0·33MnO3的本征磁电阻行为.

二元掺杂镧锰氧化物La-Ca-Ba-Mn-O的庞磁电阻特性

用固相反应法制备了二元掺杂的镧锰氧化物Ｌａ０－６７（Ｃａ０－６Ｂａ０－４）０－３３ ＭｎＯｚ（ＬＣＢＭＯ） 立方多晶体材料，研究了其磁特性和庞磁电阻特性， 并与用类似方法制备的一元掺杂的Ｌａ０－６７Ｃａ０－３３ ＭｎＯｚ（ＬＣＭＯ） 及Ｌａ０－６７Ｂａ０－３３ ＭｎＯｚ（ＬＢＭＯ） 的庞磁电阻特性进行了比较．研究表明，ＬＣＢＭＯ 的居里温度ＴＣ 为３１２ Ｋ，介于ＬＣＭＯ 和ＬＢＭＯ 的ＴＣ（ 分别为２８０ ，３６２ Ｋ） 之间，其金属半导体转变温度Ｔｐ 和μ０ Ｈ＝ ０－６ Ｔ 下的磁电阻（ ＭＲ） 峰值温度Ｔｍ 分别为３０６ ，２９８Ｋ，接近于其ＴＣ，也介于ＬＣＭＯ 和ＬＢＭＯ 的Ｔｐ 和Ｔｍ 之间．μ０ Ｈ＝ ０－６ Ｔ 下，在各自的Ｔｍ处，ＬＣＭＯ，ＬＣＢＭＯ 和ＬＢＭＯ 的庞磁电阻值分别达到４１ ％ ，２４－７ ％ 和８ ％ ，但在室温（３００ Ｋ）处，ＬＣＢＭＯ 的ＭＲ 值仍达到２０ ％ ，远大于ＬＣＭＯ 和ＬＢＭＯ 的值（ 分别为２－０ ％ 和２－４ ％ ） ．研究还发现，在温度远低于Ｔｍ 时，ＬＣＭＯ 仍保持一定的磁电阻效应，而ＬＣＢＭＯ 和ＬＢＭＯ 的磁电阻随温度降低而增加，这些低温磁电阻特性与材料的结构特征（ 如晶界和致密度） 有关．

La_(1-x)Te_xMnO_3(x=0.04,0.1)的庞磁电阻效应及自旋玻璃态特性

制备出用氧族非金属元素Te替换部分镧所生成的锰氧化物新材料;La_(1-x)Te_xMnO_3(x=0.04,0.1)。研究表明该材料具有空间群R3C结构,Te为正四价态。电阻率温度关系给出其存在金属-半导体转变特性,具有庞磁电阻效应(CMR),x=0.1成分的磁电阻变化率在4T作用下为51%。此外,还观察到该材料在低温下的自旋玻璃态行为。