● 摘要
掺杂稀土锰氧化物由于具有庞磁电阻(CMR)效应，并在信息技术领域有着广阔的应用前景，因此成为新兴交叉学科－自旋电子学研究的重要对象。但是，该类庞磁电阻材料实现应用面临两个关键问题，一是如何提高室温附近的磁电阻(MR)，二是降低MR对温度的敏感性。本文以自旋散射效应、相转变及相分离等方面入手，开展了探索降低MR对温度敏感性有效途径的研究。主要研究内容和结果如下： 通过引入不同价态的Mn离子，改变La-Ba-Mn-O中的Mn4+离子含量，进行了抑制MR温度敏感性的研究。研究发现随着Mn4+离子含量增加，La-Ba-Mn-O在100K以下由金属特性转变为半导体输运特性，并且，由于“Mn4+－O－Mn4+”离子间的超交换作用诱使铁磁(FM)相中存在反铁磁(AFM)团簇，有效地抑制了5K～200K温度范围内的高场MR的温度敏感性；随着Mn4+离子含量降低，“Mn3+－O－Mn4+”双交换(DE)作用，导致晶界散射效应对MR起主要作用，低温MR显著增强，在5K和30kOe条件下，MR提高了50％。研究了La0.83Sr0.17MnO3薄膜晶粒尺寸对磁性、输运特性以及MR的影响，获得了低温MR为体材4～5倍的纳米晶粒庞磁电阻薄膜。通过控制热处理温度，获得了不同晶粒尺寸的La0.83Sr0.17MnO3薄膜。在铁磁温度区间，由于随晶粒尺寸减小，晶界对电子散射效应增强，以散射电子为媒介的晶粒间磁耦合作用被减弱，因此，一方面，导致薄膜的磁矩随温度降低而增加，且晶粒尺寸越小变化趋势越明显；另一方面，薄膜的电阻率随温度降低而降低，变化率基本不随晶粒尺寸变化。晶界自旋散射效应对低温MR有显著增强作用，晶粒尺寸为15nm、30nm的薄膜样品在5K时的MR是体材的4～5倍。研究了Co掺杂对La1－xSrxMnO3的磁性、输运特性和MR及其温度特性的影响，5K～200K温度区间 MR相对变化量被抑制在10％以内。在La1－xSrxMn1-yCoyO3中，当x=0.2、y≤0.2和x=0.3、y≤0.25时，随着温度的降低，发生从绝缘体特性向金属输运特性转变。临界掺杂浓度以下，在铁磁温度区间，由于近邻Mn－Co离子之间为AF耦合，Co离子对巡游电子的散射效应导致MR效应增强，并且随着Co掺杂量的增加MR增加趋势明显；Co的掺杂引起FM相→(FM＋AFM)相的分离，在FM相中嵌入AFM团簇，从而有效地抑制了MR对温度的敏感性。在La0.8Sr0.2Mn1-yCoyO3中调节Co掺杂量至y=0.5以上时，在100Oe低场下伴随温度降低有“顺磁(PM)→FM→(FM＋AFM)混合相→自旋玻璃态(SG)→AFM”多种相转变过程。而随着磁场增加，磁场诱使电荷移动，发生AFM到FM的相转变，对低温MR有显著增强作用，与 FM相中存在AFM团簇的La0.8Sr0.2Mn0.8Co0.2O3相比较，在100K时MR提高了1倍以上，但是MR对温度较敏感，随温度降低而升高。
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