非化学计量(La0.6Dy0.1Sr0.3)1-xMnO3的电输运及MR温度稳定性机制研究

用固相反应法制备了非化学计量的(La0.6Dy0.1Sr0.3)1-xMnO3(x=0.00,0.10,0.20,0.30,0.35)系列样品,通过XRD、ρ-T曲线、MR-T曲线,研究电输运及磁电阻(MR)温度稳定性的机制。XRD检测表明,非化学计量的(La0.6Dy0.1Sr0.3)1-xMnO3在1200℃下烧结24 h,实际形成了La0.6Dy0.1Sr0.3MnO3钙钛矿相和Mn2O3相组成的二相复合体材料。电输运性质均表现出绝缘体-金属相变,ρ-T曲线高温区出现尖峰,较低温区出现"肩峰",是钙钛矿体相内双交换作用和晶界处电子自旋极化隧穿引起的电阻率共同作用的结果。MR-T表现出,在高温区出现磁电阻峰,在低温区随温度降低磁电阻持续增大,表现出低场磁电阻特征,在中间温区出现磁电阻的温度稳定性,用La0.6Dy0.1Sr0.3MnO3钙钛矿颗粒体相产生的本征磁电阻与颗粒界面效应产生的隧穿磁电阻的叠加给出解释。x=0.30的样品,0.8 T磁场下,在258 K～198 K温区,产生的磁电阻为(6.3±0.2)%。     

(1-x)La0.6Dy0.1Sr0.3MnO3/0.5x(Sb2O3)复合体系的电输运性质及低场磁电阻效应

用固相反应法制备了(1 -x)La0.6Dy0.1Sr0.3MnO3/0.5x( Sb2 O3)系列样品,通过电阻率-温度(ρ-T)曲线以及ρ-T拟合曲线,研究了样品的电输运性质,电输运机制及低场磁电阻效应.结果表明:所有样品在高温区表现为绝缘体导电,在低温区表现为金属导电,产生绝缘体-金属相变;在金属导电区主要是单磁子散射起作用,可以用公式ρ=ρ0+AT拟合;所有样品在整个温区随温度降低MR持续增大,表现出低场磁电阻特征,复合样品的磁电阻(MR)与纯的La0.6Dy0.1Sr0.3 MnO3的MR相比,在低温区减小,在高温区增大,对x=0.15的样品在高温区的MR大幅度提高,当B=0.2 T,T=300 K时,MR达7.79％,比纯La0.6Dy0.1 Sr0.3 MnO3的MR增大2.6倍,有利于MR的实际应用.     

La_(0.80)Sr_(0.05)Na_(0.15)MnO_3/xCuO复合体电输运机制及磁电阻的温度稳定性

用固相反应法制备了La0.80Sr0.05Na0.15MnO3/xCuO(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.30)二相复合体系,通过X射线衍射(XRD)图谱、电阻率-温度(ρ-T)曲线、ρ-T拟合曲线、磁电阻-温度(MR-T)曲线,研究了样品的电输运机制及磁电阻的温度稳定性。结果表明,在低温类金属区,电输运机制是自旋电子受单磁子散射作用,用ρ-T2拟合得很好;在较高温区MR-T曲线出现"压峰效应",是因为界面效应产生的非本征磁电阻占优势,本征磁电阻与非本征磁电阻迭加产生的磁电阻随温度变化不大;特别是x=0.05的样品,0.8 T磁场下在240 K~320K温区,磁电阻保持(9.9±0.4)%基本不随温度变化,在室温附近△T=80 K温区磁电阻的温度稳定性很好。     

CuO复合对La0.80Sr0.05K0.15MnO3电输运和磁电阻的影响

用固相反应法制备了(1-x)La0.80Sr0.05K0.15MnO3/xCuO(x=0.00,0.04,0.08,0.10,0.20,0.30)二相复合体。通过X射线衍射图谱、扫描电子显微镜照片检测结构,表明形成完好的钙钛矿相和CuO相,CuO分布在钙钛矿颗粒之间,形成对钙钛颗粒的包覆。通过测量零场和加场下的电阻率-温度曲线以及磁电阻-温度曲线,研究电输运性质及磁电阻效应,结果表明,CuO复合对La0.80Sr0.05K0.15MnO3电输运和磁电阻效应影响很大。在高温区出现磁电阻峰,表现出本征磁电阻特征,在低温区随温度降低磁电阻持续增大,表现出由界面引起的隧穿磁电阻特征,总的磁电阻是本征磁电阻与隧穿磁电阻的迭加,在中间温区出现磁电阻的温度稳定性。     

La_(0.5)Sm_(0.2)Sr_(0.3)MnO_3/Ag_x二相复合体的结构及磁电阻

用固相反应法制备La0.5Sm0.2Sr0.3MnO3/(Ag2O)x/2(x=0.00,0.04,0.08,0.25,0.30)样品,通过X射线衍射谱线(XRD),扫描电子显微镜(SEM)照片及SEM能谱(EDS),ρ-T曲线,研究样品的输运行为及磁电阻效应。结果表明:少量掺杂时Ag全部挥发。掺杂量较多时,挥发后多余的Ag主要以金属态包覆在母体颗粒的表面,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样品的电阻率降低一个数量级,在300K、0.5T磁场下,磁电阻明显增强,达到9.4%,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。     

二相复合体La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3/xCuO的界面效应

用固相反应法制备二相复合体La2/3Ca1/3Mn O3/x Cu O(x=0,0.04,0.08,0.12,0.20,0.30)。用X射线衍射(XRD)图谱、扫描电子显微镜(SEM)照片检测样品的结构,通过零场冷和加场冷的电阻率-温度(ρ-T)曲线、磁电阻-温度(MR-T)曲线研究界面效应对电输运性质及磁电阻的影响。结果表明:样品形成完好的钙钛矿相和Cu O相;复合样品的颗粒比较均匀,颗粒大小约2μm,界面比较清晰;复合样品的ρ-T曲线出现双峰,x=0.04的样品电输运性质出现反常,它的电阻率既小于x=0的电阻率,也小于x=0.08的电阻率;复合样品的MR-T曲线也出现双峰,x=0.20,0.30的样品,0.8 T磁场下在50~250 K温区磁电阻不小于13.4%,实现了大温区且有较高磁电阻,有利于MR的实际应用。用影响电输运的多种因素的竞争很好地解释了界面效应。     

改善钙钛矿材料室温下磁电阻效应的有效途径

将Ag2O与La0.67Ca0.25Sr0.08MnO3均匀混合经高温烧结后形成La0.67Ca0.25Sr0.08MnO3/xAg两相复合体系。随Ag掺入量的增加,样品的电阻率明显下降,磁化强度有小量下降,TC及电阻率的峰值温度TP没有明显变化。304K温度下,从x=0.25样品中得到最大磁电阻效应,磁电阻比约为41%,分别是La0.67Ca0.25Sr0.08MnO3和La0.67Sr0.33MnO3样品的1.6及10倍。磁电阻的本征效应和传导电子在界面处的自旋相关散射作用是产生室温下增强磁电阻效应的主要原因。结果说明,利用离子的掺杂效应调整居里温度到室温附近,再结合金属/钙钛矿复合体系界面属性丰富的特性来制备庞磁电阻材料是提高室温磁电阻有效的途径,这对应用研究具有十分重要的意义。     

La_(0.67)Ca_(0.33-x)Ba_xMnO_3的电输运性质反常及磁电阻温度稳定性

用固相反应法制备La_(0.67)Ca_(0.33-x)Ba_xMn O_3(x=0,0.10,0.15,0.20,0.25)系列样品,烧结温度为1200℃。通过X射线衍射(XRD)图谱,扫描电子显微镜(SEM)照片、零场和加场下的电阻率-温度(ρ-T)曲线,磁电阻-温度(MR-T)曲线,研究Ba~(2+)替代Ca~(2+)的La_(0.67)Ca_(0.33-x)Ba_xMnO_3的电输运性质及磁电阻温度稳定性。结果表明:随Ba~(2+)替代量的改变晶体结构发生变化,x=0的样品为立方结构,x=0.10的样品为正交结构,x=0.15,0.20,0.30的样品为六方结构。x=0.10样品的电输运性质出现反常,它的电阻率不仅比未掺Ba的La_(0.67)Ca_(0.33)Mn O_3高出60倍,也比高掺Ba样品的电阻率高出几倍,随Ba~(2+)替代量的增加电阻率逐渐下降,用掺Ba引起的晶格结构变化及Mn O_6八面体畸变进行解释;高掺Ba样品实现了室温附近磁电阻温度稳定性,x=0.15的样品在187~246 K温区磁电阻为(8.91±0.42)%,x=0.20的样品在230~290 K温区磁电阻为(6.07±0.32)%,x=0.25的样品在320 K以下直至50 K温区磁电阻均大于14%。在0.8 T磁场下在室温附近产生磁电阻的温度稳定性有利于MR效应的实际应用。磁电阻温度稳定性机制是,钙钛矿的磁电阻是体相内双交换作用产生的本征磁电阻与界面自旋相关散射或自旋极化隧穿产生的低场磁电阻的叠加,制备样品时控制烧结温度(1200℃),尽量提高低场磁电阻,两种磁电阻叠加产生磁电阻温度稳定性。     

La2/3(Ca60Ba40)1/3MnO3的磁电阻与磁化强度及其相关性

用固相反应法制备了La2/3(Ca60Ba40)1/3MnO3多晶材料,测量了77K～320K范围内的磁化曲线及在77K～350K范围内0～1.0T外磁场下的电阻率。结果表明低场磁电阻与高场磁电阻随外磁场的变化与磁化强度(M2)的变化存在着一定相关性,采用ρ(M)∝1-M2及低温隧穿磁电阻效应和逾渗模型解释了实验结果。     

La2/3Ca1/3MnO3/xTiO2复合磁性材料的磁电特性研究

采用溶胶-凝胶法制备La2/3Ca1/3MnO3纳米级磁性颗粒和TiO2胶体,按一定比例制成La2/3Ca1/3MnO3/xTiO2(其中x取0、0.1、0.2、0.3、0.4)复合磁电阻材料。用XRD谱确定样品的晶体结构。采用振动样品磁强计测量了样品的磁滞回线和场冷却磁化强度随温度的变化行为;采用标准四引线法测量样品在恒定磁场下的电阻率随温度的变化。实验测量结果表明体系的磁化强度、剩磁、矫顽力随TiO2含量的变化具有相似的规律,具有室温的居里温度;并且当磁场强度小于0.4T时,磁电阻与磁场平方成正比关系;当大于0.6T时,磁电阻与磁场成线性关系。     

Cu的Mn位掺杂对La0.7Ca0.3MnO3磁电传输特性的影响

采用溶胶凝胶法制备了系列多晶CMR材料La0.7Ca0.3Mn1-xCuxO3(x=10%,14%,15%,16%,18%,20%).在77 K～350 K温度范围内测量了样品的电阻率及磁电阻大小.实验结果发现,系列样品在整个测温范围内均表现出绝缘相行为,未出现金属相到绝缘相的M-I转变.对系列样品的ρ-T曲线进行Inρ-T-(1/4)关系拟合,发现掺杂量为x=10%、14%两个样品在整个温区内的Inρ-T-(1/4)关系基本呈线性,掺杂量为15%、16%、18%及20%四个样品在较高温区的Inρ-T-(1/4)关系亦基本呈线性.采用Mott等人提出的小极化子VRH模型进行了解释.实验中还发现,系列样品的磁电阻在整个测温范围内基本呈现隧穿磁电阻行为,基于我们采用Monte Carlo模拟方法提出的隧穿磁电阻模型,对样品的磁电阻行为进行了解释.     

La0.7-xSmxSr0.3MnO3中的晶格效应

研究了La0．7-xSmxSr0.3MnO3(x=0．00，0．10，0．20，0．30)体系的红外光谱，拉曼光谱，M-T曲线，ESR曲线，ρ-T曲线和MR-T曲线。实验结果表明：随着Sm掺入量的增加，体系从长程铁磁有序向自旋团簇玻璃态、反铁磁态转变，样品的居里温度下降，金属-绝缘体相变温度逐渐降低，对应的峰值电阻渐渐增大，磁电阻迅速增加，样品物理量发生的变化可以用晶格效应来解释。     

Ag掺杂对La0.8Ca0.2MnO3电输运性质及磁电阻的影响

用固相反应法制备La1-x(Ca1-yAgy)xMnO3(y=0.0,0.2,0.4,0.6,0.8)系列样品,通过X射线衍射(xRD)谱,电阻率-温度(p-T)曲线,磁电阻-温度(MR-T)曲线,研究了在A位同时掺入一价、二价元素而保持Mn3+/Mn4+比值(摩尔比n(A)/n(B))不变的La1-x(Ca1-yAgy)xMnO3体系A位离子半径＜rA＞及A位离子的无序度σ2对电输运性质及磁电阻的影响.结果表明:所有样品的绝缘体,金属相变温度基本不变,用A位离子半径＜rA＞及A位离子的无序度对电输运性质影响的竞争给予解释;在0.8T磁场下,y=0.0样品在133～26K温区MR基本保持23％以上,y=0.6样品在209 ～ 131 K温跨区MR都在23％以上,在如此宽温区产生如此大的MR有利于MR的实际应用;MR的温度稳定性的机制是本征磁电阻与隧穿磁电阻竞争的结果.     

V掺杂对La_(0.45)Ca_(0.55)MnO_3电荷有序态及输运性质影响的研究

采用标准固相反应法制备了La0.45Ca0.55Mn1-xVxO3(x=0.00,0.06,0.10,0.12)多晶样品。通过XRD、ρ-T曲线、M-T曲线和ρ-T拟合曲线,研究了Mn位V5+离子掺杂对体系的电荷有序相及输运性质的影响。实验结果表明:随着V5+离子的掺杂量的增加,电荷有序相(CO)逐渐削弱,当x=0.10时,CO相基本融化但还有部分残留,当x=0.12时CO相完全融化;对低掺杂(x=0.00,0.06)样品,表现出复杂磁相:随温度降低,发生顺磁-电荷有序-反铁磁相变,40 K附近,在反铁磁背景下产生再入型自旋玻璃态;随掺杂量增加,体系的电阻率逐渐减小,当掺杂量x≥0.10时,样品发生金属-绝缘体相变,其相变温度随着掺杂量的增加而向高温移动。对于金属型导电机制满足自旋波散射和电-磁子之间的散射,而绝缘体导电机制有两种情况:x≤0.10的样品满足变程跃迁模型ρ=ρ0exp(T0/T)1/4,x=0.12的样品则满足小极化子绝热最近邻跃迁模型ρ=ATexp(Eα/κBT),通过掺杂实现了从变程跃迁到绝热小极化子最近邻跃迁。     

La2/3(CaXBa1-X)1/3MnO3材料的绝缘体-金属转变与晶界效应

用固相反应法制备了La2/3(CaxBa1-x)1/3MnO3(x=0.00,0.40,0.45,0.55,0.60,1.00)六种多晶CMR材料,并测量了在77K～350K范围内零磁场和0.4T外磁场下的电阻率。这些样品都出现了双电阻峰结构,采用Mott转变表达式ρ～exp(T0/T)1/4拟合了实验数据,结果表明高温峰的转变是绝缘体-金属(I-M)转变,而低温峰不是I-M转变峰,用自旋极化电子隧道效应和局域化模型解释了电阻和磁电阻行为。此外,在x=0.4～0.6掺杂范围内样品呈现出异常的电阻行为。     

碱金属掺杂AB03和A3B2O7型钙钛矿磁卡、磁电阻效应研究

采用改进的溶胶-凝胶法制备了La2.5-2xK0.5 2xMn2O7 δ(x=0.075)和La1-xKxMnO3 δ(x=0.075)钙钛矿材料，对比研究了两类化合物的结构、磁卡和磁电阻效应。结果表明层状钙钛矿具有独特的结构和输运特性，并具有比较大的低温磁电阻效应，这是由电荷在双Mn2O面内和面间各向异性的输运行为决定的。两类材料表现出相近的磁学性质和磁卡效应，说明层状钙钛矿材料的磁性质主要由面内Mn-O双交换作用所决定。     

La_(0.7-x)Dy_xSr_(0.3)CoO_3体系磁电性质研究

用固相反应法制备La0.7-xDyxSr0.3CoO3(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)样品,通过M-T曲线,ρ-T曲线,-ρT拟合曲线,研究样品的磁性质、输运行为、输运机制。结果表明:在La0.7-xDyxSr0.3CoO3中的许多三价Co离子处于低自旋态(LS:t2g6eg0,S=0)、中自旋态(IS:t2g5eg1,S=1),Dy格子与Co格子之间耦合相当弱。在50 K以上时,短程的铁磁(FM)Co3+-O-Co4+不能造成Dy3+磁矩的平行排列,Dy次格子保持顺磁态。体系的宏观磁性则是由FM的Co次格子磁矩加上Dy次格子的顺磁矩的贡献。在50 K以下时,Dy3+之间的耦合使得它们的磁矩逐渐趋于铁磁有序排列,必然会在Co格点处产生很强的局域磁场。低自旋的Co3+离子在强内磁场作用下,变为高自旋态,磁矩变大。磁化强度曲线在50 K以下随温度降低表现出快速上升的行为。50 K对x≥0.15的高掺杂样品,绝缘体导电的磁背景是铁磁团簇。这种铁磁绝缘体输运行为可能是在La0.7-xDyxSr0.3CoO3体系中,不仅有Co3+-O-Co4+双交换作用,还有Co3+-O-Co3+,Co4+-O-Co4+超交换作用。并且Dy3+离子无规分布的磁势和库伦势,以及颗粒边界效应,对输运行为也有影响。     

碱金属掺杂ABO3和A3B2O7型钙钛矿磁卡、磁电阻效应研究

采用改进的溶胶 凝胶法制备了La2 .5- 2xK0 .5+ 2xMn2 O7+δ(x =0 .0 75 )和La1 -xKxMnO3+δ(x =0 .0 75 )钙钛矿材料 ,对比研究了两类化合物的结构、磁卡和磁电阻效应。结果表明层状钙钛矿具有独特的结构和输运特性 ,并具有比较大的低温磁电阻效应 ,这是由电荷在双Mn2 O面内和面间各向异性的输运行为决定的。两类材料表现出相近的磁学性质和磁卡效应 ,说明层状钙钛矿材料的磁性质主要由面内Mn -O双交换作用所决定。     

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ρ-T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.     

镱的高掺杂对La0.67Sr0.33MnO3体系磁电性质的影响

研究了La0.67-xYbxSr0.33MnO3(x=0.40,0.50,0.60)体系的M-T曲线、M-H曲线、ρ-T曲线和MR-T曲线.实验结果表明:随着Yb掺杂的增加,体系从长程铁磁有序向自旋团簇玻璃态和反铁磁状态转变;高掺杂时的输运行为在其磁背景下发生异常,Yb掺杂引起的磁结构的变化将导致CMR效应.