【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 eolossalMagnetoresistanee)，簡(jiǎn)稱CMR效應(yīng)。CMR的一個(gè)顯著特征是在磁相變的同時(shí)伴隨著金屬到絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變，并且磁電阻的陡然變化通常發(fā)生在居里點(diǎn)()附近，一旦溫度偏離居里點(diǎn)，磁電阻迅速下降。這種極大的磁電阻效應(yīng)實(shí)際上暗示了錳氧化物材料中自旋一電荷間存在著強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)性?，F(xiàn)在己經(jīng)確認(rèn)，錳氧化物具有電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)特性，其CMR機(jī)理，與銅氧化物的高溫超導(dǎo)電性是一樣的，是多電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中十分有趣和困難的問(wèn)題。在錳氧化物這類電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中同時(shí)存在電荷序、自旋序和軌道序，它們相互藕合也相互競(jìng)爭(zhēng)。這一系列新穎物理現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)物理系統(tǒng)中，并且相互禍合，確非其他磁性材料和磁阻材料可比，磁性質(zhì)、輸運(yùn)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)是這類CMR錳氧化物的顯著特征。 CMR效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制 錳氧化物CMR效應(yīng)的可能機(jī)理就微觀角度而言, 錳氧化物中氧八面體立方對(duì)稱晶場(chǎng)將導(dǎo)致Mn 3d能級(jí)劈裂成二重簡(jiǎn)并的態(tài)和三重簡(jiǎn)并的態(tài), 在中, 中的4個(gè)3d電子將根據(jù)洪特規(guī)則形成組態(tài), 其中, 為局域電子, 形成局域自旋為3/2, 通過(guò)中間氧位的超交換作用之間形成反鐵磁交換作用。電子和O 2p 軌道雜化, 盡管它是巡游電子, 但由于庫(kù)侖排斥作用和洪特耦合, 電子之間的躍遷是禁止的, 從而導(dǎo)致反鐵磁絕緣相, 在這種情況下, 每個(gè)簡(jiǎn)并的 態(tài)只有一個(gè)電子, 晶格趨向畸變使簡(jiǎn)并解除, 降低電子的能量。在摻雜錳氧化物中, 二價(jià)陽(yáng)離子的引入導(dǎo)致的產(chǎn)生, 由于中的態(tài)沒(méi)有電子, Zener 指出, 在與之間, 巡游電子可通過(guò)中間產(chǎn)生雙交換作用: 即O 2p 軌道中的一個(gè)電子躍遷到的空軌道上, 而同時(shí)中的電子躍遷到O 2p 軌道。由于受洪特規(guī)則的限制, 電子的自旋必須與躍遷前后與中的局域自旋平行排列, 從而使體系進(jìn)入鐵磁金屬態(tài), 這就是雙交換機(jī)制( DE),如圖10。隨后P. W. , 并給出躍遷幾率與成正比, 其中為相鄰錳離子局域自旋的夾角。很明顯, 利用雙交換作用可以定性地解釋錳氧化物的巨磁電阻效應(yīng)。但Millis等人注意到單純利用雙交換模型, 計(jì)算出的磁轉(zhuǎn)變溫度比實(shí)驗(yàn)值大一個(gè)數(shù)量級(jí), 并且計(jì)算出的磁阻效應(yīng)和實(shí)驗(yàn)值也相差幾個(gè)數(shù)量級(jí), 主要原因是DE理論無(wú)法降低電子的動(dòng)能項(xiàng), 因此, Millis和Roder 等人指出, 除了雙交換作用外還應(yīng)該考慮JahnTeller 效應(yīng)所引起的電聲子相互作用。隨后一系列的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了強(qiáng)的電 聲子耦合確實(shí)存在于錳氧化物中, 電聲子的耦合使載流子形成極化子。雙交換作用使電子變成巡游性, 而極化子的形成降低了電子的動(dòng)能, 從而使巡游的電子趨于局域化, 電子的局域與退局域的競(jìng)爭(zhēng)目前看來(lái)是決定錳氧化物輸運(yùn)性質(zhì)的關(guān)鍵因素。然而, 最近一些實(shí)驗(yàn)表明, JahnTeller效應(yīng)比預(yù)想的要弱, 似乎還應(yīng)考慮磁極化子效應(yīng)以及氧八面體的呼吸模式對(duì)晶格的影響, 化學(xué)無(wú)序以及磁無(wú)序?qū)MR效應(yīng)的影響也引起了一定的關(guān)注。另外, JahnTeller 效應(yīng)也不能很好地解釋從FM相到COAFM相的轉(zhuǎn)變, 必須加上電子 電子相互作用和其它的一些作用, 才能得到很好的解釋。雖然錳氧化物的CMR效應(yīng)至今沒(méi)得到徹底解答, 但可以肯定的是, 雙交換作用和JahnTeller 效應(yīng)是兩個(gè)本質(zhì)的原因。圖11 雙交換模型示意圖 錳氧化物CMR效應(yīng)可能機(jī)理的新證據(jù)從上述分析可知, 在中, 的存在對(duì)導(dǎo)電起到關(guān)鍵作用。大量報(bào)道已證明, 是最佳的二價(jià)替代, 這就意味著當(dāng)體系中存在33%時(shí)是最佳輸運(yùn)狀態(tài)。我們的研究設(shè)想用不變價(jià)的三價(jià)金屬元素替代勢(shì)必改變交換通道, 直接影響導(dǎo)電和CMR。由于離子是穩(wěn)定的三價(jià)態(tài), 且它的離子半徑和差不多, 是實(shí)現(xiàn)替代的理想選擇。 ( x= 0. 0, 0. 02, 0. 05, 0. 10) 系列多晶樣品采用固相反應(yīng)法制備, 所有樣品經(jīng)射線粉末衍射檢驗(yàn)均為很好的單相正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu), 說(shuō)明是按預(yù)計(jì)進(jìn)入位。磁化強(qiáng)度由振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量。零場(chǎng)和1Tesla磁場(chǎng)下電阻率采用標(biāo)準(zhǔn)四引線法測(cè)量。圖12給出二個(gè)樣品的零場(chǎng)和1Tesla磁場(chǎng)下的曲線以及磁電阻隨溫度的變化。值得強(qiáng)調(diào)指出的是Ga摻雜使CMR顯著提高, 從未摻雜樣品的38%提高到摻雜濃度x = 0. 10時(shí)的135%。圖12 兩個(gè)樣品的電阻與磁電阻隨溫度變化曲線從我們對(duì)樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可以得出如下重要的結(jié)論，錳氧化物的CMR效應(yīng), 可以肯定的是, DE作用和JahnTeller 效應(yīng)是兩個(gè)本質(zhì)的原因,但我們認(rèn)為Mn位元素替代也是一種可能的機(jī)理。4. 鈣鈦礦錳氧化物研究的歷史進(jìn)展及現(xiàn)狀近幾十年來(lái)，在磁電子學(xué)領(lǐng)域里，磁阻現(xiàn)象在鈣欽礦錳氧化物和金屬多層薄膜等材料中的應(yīng)用及其廣泛。更值得一提的是鈣欽礦錳氧化物具有超大的磁阻現(xiàn)象和豐富的物理現(xiàn)象已成為當(dāng)前的在磁阻效應(yīng)方面的研究熱點(diǎn)。1950年鈣欽礦錳氧化物就已被Jonker和確nsanten等人在晶體與中發(fā)現(xiàn)了存在鐵磁性。定義了為鈣欽礦錳氧化合物的通式， T代表的是三價(jià)稀土離子包括La、Pr、Nd等，D表示的是二價(jià)堿金屬包括Ca、Sr:等。1955年Wollan對(duì)化合物的磁結(jié)構(gòu)利用中子衍射方法進(jìn)一步研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了鐵磁和鐵磁相，Zener提出了雙交換模型。1970年，Searle和認(rèn)值Wang等通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了在外加特定磁場(chǎng)的情況下，電阻率下降20%。1988年，Baibich等，發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)。1989年，Kuster等發(fā)現(xiàn)了有很大的磁電阻，約60%。1990年，Helmolt等進(jìn)一步驗(yàn)證了Searle和認(rèn)值Wang等外磁場(chǎng)對(duì)磁阻效應(yīng)的影響，且得到了150%的磁電阻效應(yīng)。1993年，Helmolt等發(fā)現(xiàn)了磁阻達(dá)到的龐磁電阻效應(yīng)。1994年，Jin等在薄膜是試驗(yàn)中數(shù)值達(dá)到量級(jí)的龐磁電阻效應(yīng)，引起了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。1996年，Kuwwahara等發(fā)現(xiàn)了巨大的Magnetostrictive存在單相中。至今，鈣欽礦錳氧化物的龐磁電阻效應(yīng)的潛在應(yīng)用和豐富的物理特性，仍有更多的研究者對(duì)其密切的關(guān)注。磁電阻效應(yīng)是指材料的電阻率在外磁場(chǎng)的作用下發(fā)生改變的現(xiàn)象。根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理的不同，可將磁電阻效應(yīng)分為正常磁電阻效應(yīng)(Ordinary Magnetoresistance OMR)、各向異性磁電阻效應(yīng)(Anisotropie Magnetoresistance AMR)、巨磁電阻效應(yīng)(Giant Magnetoresistanee GMR)、隧道磁阻效應(yīng)(Tun