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。     

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)La0.7Ca0.3MnO3/xAg磁电阻的温度稳定性

用固相反应法将Ag引入La0.7Ca0.3MnO3颗粒表面,形成(1-x)La0.7Ca0.3MnO3/xAg(x=0.00,0.10,0.20,0.25,0.30,0.35)。通过XRD谱、扫描电子显微镜(SEM)照片及SEM能谱(EDS)、ρ-T曲线、ρ-T拟合曲线、MR-T曲线,研究电输运性质及MR温度稳定性。结果表明:随复Ag量增大,电阻率急剧下降,高复Ag(x≥0.3)的电阻率比低复Ag(x≤0.10)的电阻率下降2个数量级;发现x=0.00,0.10用ρ-T2公式拟合比较合理,是单磁子散射作用;x=0.20,0.25用ρ-T2.5公式拟合比较合理,是自旋波散射作用;x=0.30,0.35,分别在97,93 K以上用ρ-T4.5公式拟合比较合理,说明是电子-磁子散射作用;所有复Ag样品,在250～20 K温区MR表现出很好的温度稳性,特别是x=0.10的样品,在220～150 K温区MR保持(13.8±0.2)%。提出磁电阻稳定性的机制:Ag与钙钛矿颗粒形成电输运二元通道,钙钛矿颗粒通道产生的低场磁电阻与Ag通道产生的正常磁电阻共同作用,产生MR温度稳定性。     

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。     

(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_(0.5)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。     

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。     

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。     

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.     

双层钙钛矿锰氧化物Nd_(1.15)Tb_(0.05)Sr_(1.8)Mn_2O_7的磁性和电性研究

采用传统固相反应法制备双层锰氧化物Nd1.15Tb0.05Sr1.8Mn2O7多晶样品,通过测量样品的X射线衍射谱、磁化强度随温度变化曲线(M-T曲线)以及电阻率随温度变化曲线(ρ-T曲线),对其磁性和电输运性质进行了研究。结果表明,样品随温度的升高先后经历了四个磁转变点:奈尔温度点(TN≈50 K)、电荷有序温度点(TCO≈67 K)、居里温度点(TC≈107 K)和类Griffiths温度点(TG≈275 K)。在低温部分样品处于反铁磁-铁磁共存态,表现出了团簇自旋玻璃行为;在TC到TG温度范围内,样品处于铁磁-顺磁共存态,即存在类Griffiths相;在TG温度以上,样品处于纯顺磁态。其电输运性质表明,随温度的升高,样品的磁电阻率降低,没有发生金属-绝缘转变。通过对115 K~300 K温度范围内的ρ-T曲线拟合发现,样品在高温部分基本遵循三维变程跳跃的导电方式。     

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.     

(Fe0.86Zr0.033Nb0.033B0.068Cu0.01)x(Al2O3)1-x颗粒膜的霍耳效应

用磁控溅射方法制备了系列(Fe0.86Zr0.033Nb0.033B0.068Cu0.01)x(Al2O3)1-x颗粒膜样品, 体积百分比x从0.33～0.63, 样品厚度约为100 nm. 室温下在Fe0.86Zr0.033Nb0.033B0.068Cu0.01体积百分比x＝0.43时得到17.5 μΩ*cm的最大饱和霍耳电阻率, 比纯铁磁金属提高了3～4个量级. 对其磁性和微结构进行了研究, 样品霍耳电阻率随外场的变化曲线ρxy～H与磁场平行于膜面时的磁化曲线M～H有相似性, 说明霍尔电阻率ρxy与磁化强度M相关. 样品电阻率ρxx随金属体积百分比x的减小而增加, 在x＝0.43附近发生突变, 从金属导电变为绝缘体. 根据微结构和输运性质对可能的机制进行了探讨.     

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。     

在La0.67Sr0.33MnO3中保持Mn3+:Mn4+=2:1的镁掺杂效应

通过测量样品的M-T曲线、M-H曲线、ESR曲线、红外光谱、拉曼光谱、ρ—T曲线和MR-T曲线，研究了双掺杂La0.67 1.33xSr0.33-1.33xMn1-xMgO3(0．00≤x≤0．25)体系的磁电性质和输运行为.对x=0．10和0．15，在温度高于Tc^onset时出现相分离；对x=0．20和0．25，在低温区出现了反铁磁(AFM)行为，x=0．05的ρ-T关系存在金属-绝缘体(MI)转变；x≥0.15的所有样品在测量温区内显示绝缘体行为：这些奇异现象用M-H关系、ESR曲线和拉曼光谱给予了很好的解释.     

钙钛矿锰氧化物La_(1.2-x)Tb_xSr_(1.8)Mn_2O_7(x=0,0.05)的磁熵变和电输运性质研究

采用传统固相反应法制备钙钛矿锰氧化物La_(1.2-x)Tb_xSr1.8Mn2O7(x=0,0.05)多晶样品,通过测量样品的磁化强度与温度关系曲线(MT)和磁化强度与外加磁场关系曲线(M-H)对两样品的磁熵变研究发现:在整个温度测量区间内,x=0和x=0.05两样品在高温部分均表现出顺磁性;随着温度的降低,两样品分别在245和225 K处发生了二维短程铁磁有序转变(T_C~(2D));在120和70 K处发生了三维长程铁磁有序转变(T_C~(3D));在低温部分,两样品均表现出团簇自旋玻璃行为。x=0样品在T_C~(3D)附近的磁相变为一级相变,x=0.05样品为二级相变,两样品的磁熵变曲线的对称性良好,且在外场2 T下两样品在T_C~(3D)附近出现的最大磁熵变值分别为:2.17和1.60 J·(kg·K)~(-1),因此两样品有利于应用在埃里克森磁制冷循环中。此外,通过测量零场下电阻率与温度关系曲线(ρ-T)对两样品的电输运性质研究发现:x=0样品和x=0.05样品分别在96和93 K处发生了绝缘-金属转变(T_P),对T_P以上的ρ-T曲线拟合表明,两样品在高温部分均遵循三维变程跳跃的导电方式,Tb3+离子的掺杂没有改变高温区的导电方式。     

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.     

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。     

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。     

钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的磁性和电输运性的研究

采用传统固相法制备钙钛矿锰氧化物(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7多晶样品。通过XRD表明,样品(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7呈现单相性良好;通过对磁化强度随温度变化(M-T)、磁化强度在不同温度下随磁场变化曲线(M-H)和电子自旋共振ESR谱线表明,随着温度的升高,样品先后经历了三维长程铁磁有序转变点(T_C~(3D)≈75 K)和二维短程铁磁有序转变点(T_C~(2D)≈227 K),在T_C~(3D)与T_C~(2D)之间,系统处于铁磁与顺磁混合态;当温度达到360 K系统进入纯顺磁态,另外样品在低温区(T_C~(3D)以下)出现类团簇自旋玻璃特征。通过磁电阻随温度变化的ρ-T曲线,在T≈84 K附近,样品出现最大磁电阻。而且通过对(La_(0.9)Eu_(0.1))_(4/3)Sr_(5/3)Mn_2O_7的ρ-T曲线拟合,得到样品在高温区域的导电方式为热激活模型。     

Co替代Mn的La_(0.4)Ca_(0.6)Mn_(1-x)Co_xO_3的磁电性质及电荷有序相

用固相反应法制备La0.4Ca0.6Mn1-xCoxO3(x=0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12)系列样品,用X射线衍射(XRD)探测样品的结构,通过电阻率-温度(ρ-T)曲线、磁化强度-温度(M-T)曲线、电子自旋共振(ESR)谱,研究Co替代Mn对La0.4Ca0.6Mn O3磁电性质及电荷有序相的影响。结果表明:XRD图谱显示所有样品均形成良好的单相,没有任何杂相出现,说明Co已经进入Mn位并结晶良好;随Co替代量的增大,电阻率逐渐减小;随Co替代量的增大,反铁磁性减弱,铁磁性增强;x=0.02的样品,电荷有序相已基本融化,还有一些电荷有序相的残留,x=0.06的样品,电荷有序相完全融化。物理机制是,Co3+的电子结构是3d6,符合Oh对称,它不是Jahn-Teller(JT)离子,因为Co3+不是JT离子,所以Co3+替代Mn3+抑制了JT畸变。JT畸变减弱引起的影响:一方面使Mn3+—O2-—Mn4+键长缩短,键角增大,有利于双交换;另一方面,Mn3+的两个eg轨道劈裂产生带隙,Co3+替代Mn3+使带隙减小,提高了材料的导电性,使体系反铁磁性减弱铁磁性增强,从而破坏电荷有序相。