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钙钛矿氧化物的B位掺杂效应

作　者: 刘丽军
导　师: 何军辉
学　校: 扬州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: B位掺杂效应巨磁电阻效应钙钛矿结构顺磁性
分类号: O482
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

以钙钛矿锰氧化物为代表的巨磁电阻材料,由于它丰富而有趣的物理现象而受到人们广泛的关注：如电荷、自旋和轨道有序以及相分离等等,这种体系是典型的电子强关联系统。最主要的还是它们所表现出来的超大巨磁电阻效应,它们在提高磁记录、磁传感器上具有十分广泛的应用前景,因而近年来再次此引起人们的注意,并做了大量的研究工作。该类材料同时具有铁电特性和铁磁特性,可导致磁电耦合行为的发生,也因此成为潜在的多铁材料。但是人们对其中的物理内涵,物理机制还未完全弄清楚,因此这一难题还需后人艰苦不懈的努力才能彻底了解其中丰富的实质内涵。本论文以La0.7Ca0.2Ba0.1MnO3,La0.7Ca0.3CoO3为母体化合物,对B位掺杂钙钛矿氧化物的晶体结构、磁性质、电输运性质以及CMR效应进行了研究探索,获得了有价值的研究结果。本论文主要分为五章：第一章简要概括了磁电阻效应的历史和研究进展。介绍了磁电阻效应的材料及特点,还介绍了它的晶体结构,电子结构,磁结构,输运行为,并且对它的物理机制也做了详细的介绍：包括,电荷-轨道-有序,Jahn-Teller效应,双交换模型,超交换作用,极化子理论,相分离理论,等等。最后简单介绍了本文的研究目的,思路及主要内容。第二章介绍了几种钙钛矿氧化物多晶样品的制备方法,然后还介绍了样品的几种简单测试分析方法,比如：X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、标准四探针法测电阻率,超导量子磁强计,电子顺磁共振谱仪(ESR)等等。第三章采用传统的固相反应法制备了La0.7Ca0.2Ba0.1Mn1-xRuxO3(x=0,0.01,...0.06)系列多晶样品,研究了样品的晶体结构,表面形态,磁性质和输运性质。X-Ray显示微量的Ru掺杂并没有明显改变样品的结构。X射线衍射显示随着Ru的微量掺杂,样品仍然呈现立方钙钛矿结构,空间群为R3C。在零场冷却(ZFC)和加场冷却(FC H=1000Oe)下,测得其磁化曲线M-T发现,随温度降低样品发生了顺磁(PM)到铁磁(FM)的相变,且随Ru掺杂量的增加发现样品的居里温度(Tc)发生了显著的变化,从x=0.00时的306.7K,下降到x=0.02时的294.3K,紧接着又上升到x=0.04时的302.4K,居里温度明显高于La0.7Ca0.2Ba0.1Mn1-xMoxO3,而且相比于此,磁性也大为增强。由零场和外加磁场H=1T测量得到样品的p—T曲线表明随温度降低(310K-5K)样品的导电行为发生从绝缘体导电到金属性导电的转变(x=0.02的除外),绝缘体-金属转变温度低于相应的居里温度。适量的Ru掺杂降低了样品的电阻率,增强了低温时的磁电阻。第四章介绍了B位Fe掺杂对La0.7Ca0.3CoO3的结构,磁性,表面形貌的影响。实验表明B位Fe掺杂并没有改变样品的结构,La0.7Ca0.3Co1-xFexO3仍然是菱形对称钙钛矿结构,震动样品磁强计(VSM)显示在室温下,样品的磁化强度随着Fe的掺杂总是呈现顺磁特性,磁性质是随掺杂量的增加而减小的。而电子顺磁共振谱仪则告诉我们,母体La0.7Ca0.3CoO3在室温下呈现标准的顺磁行为,朗得因子g=1.966,接近自由电子的g因子值。但是随着Fe含量的增加,样品的顺磁共振谱发生畸变,整体上表现为共振信号减弱,对称性变差。这里解释为由磁不均匀性引起的。通过扫描电子显微镜(SEM)测量了样品的表面形貌,随着Fe的掺杂,样品表面连通性较好,且致密度高,气孔率低。第五章对本文做了下总结和展望,并说明了本论文的主要结果,并提出了相关有待研究的问题。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-47
  1.1 引言  8-9
  1.2 磁电阻效应  9-17
    1.2.1 磁电阻效应及其分类  10-14
    1.2.2 掺杂钙钛矿型锰氧化物的研究历程  14-17
  1.3 锰氧化物物理特性  17-24
    1.3.1 锰氧化物的晶体结构  17-20
    1.3.2 锰氧化物电子结构  20-22
    1.3.3 锰氧化物磁有序结构  22-23
    1.3.4 钙钛矿锰氧化物的电输运特性  23-24
  1.4 钙钛矿锰氧化物CMR效应的物理机制  24-32
    1.4.1 电荷-自旋-轨道有序  25-26
    1.4.2 电子结构与Jahn-Teller效应  26-29
    1.4.3 双交换模型  29-30
    1.4.4 超交换作用  30-31
    1.4.5 极化子理论  31-32
    1.4.6 相分离理论  32
  1.5 掺杂对钙钛矿锰氧化物的影响  32-38
    1.5.1 A位掺杂的影响  32-35
    1.5.2 B位掺杂的影响  35-37
    1.5.3 O含量的影响  37-38
  1.6 本论文的研究目和研究内容  38-40
  参考文献  40-47
第二章样品的制备和性能测试  47-52
  2.1 钙钛矿结构锰氧化物的主要合成方法  47
  2.2 制备工艺过程  47-49
    2.2.1 试验步骤  47-49
  2.3 性能测试  49-52
    2.3.1 X射线衍射  49-50
    2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)  50
    2.3.3 磁性测量  50-51
    2.3.4 电输运性质和磁电阻测量  51-52
第三章 Ru掺杂La_(0.7)Ca_(0.2)Ba_(0.1)Mn_(1-x)Ru_xO_3的磁性和输运性质  52-62
  3.1 引言  52-53
  3.2 实验  53
  3.3 结果与讨论  53-60
    3.3.1 x-ray diffraction(XRD)分析  53-55
    3.3.2 M-H曲线  55-56
    3.3.3 M-T曲线  56-58
    3.3.4 p-T曲线  58-60
  3.4 本章小结  60-61
  参考文献  61-62
第四章 B位掺杂Fe对La_(0.7)Ca_(0.3)CoO_3的结构和磁性质的影响  62-76
  4.1 引言  62-63
  4.2 样品的制备  63
  4.3 结构与讨论  63-72
    4.3.1 样品的结构  63-64
    4.3.2 样品的表面形貌  64-65
    4.3.3 样品的磁特性  65-68
    4.3.4 室温下样品的电子顺磁共振现象  68-72
  4.4 本章小结  72-73
  参考文献  73-76
第五章总结与展望  76-78
致谢  78-79
硕士期间已发表及待发表的论文目录  79-80

钙钛矿氧化物的B位掺杂效应

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