钙钛矿锰氧化物薄膜材料巨磁电阻效应的研究进展

本文简单介绍了巨磁电阻效应的基本原理,重点介绍了钙钛矿锰氧化物薄膜的巨磁电阻效应的研究现状,指出了钙钛矿锰氧化物薄膜磁电阻效应的潜在应用市场及亟待解决的问题。     

2013-09 封面图片说明——稀土锰氧化物掺杂材料的电磁特性

 钙钛矿型化合物具有十分重要的铁电压电、高温超导、光子非线性、庞磁电阻、磁致冷和催化等性质.在庞磁电阻材料研究中,具有钙钛矿结构的稀土掺杂锰氧化物材料是数十年来凝聚态物理研究的重要领域.由于其载流子自旋极化率接近100%,且在铁磁转变居里温度附近表现出庞磁电阻效应引起人们的广泛兴趣,而镧系稀土锰氧化物更是备受关注.研究发现,多晶锰氧化物在较低磁场下仍然能够表现出较好的低场磁电阻效应.近年来,发展前景良好的磁致冷工质材料,钙钛矿结构稀土锰氧化物的磁卡效应研究再次引起广泛关注.大部分稀土元素的磁矩都很高,有利于产生大的磁熵变,但居里温度偏低.人们普遍认为,利用掺杂使锰氧化物的居里温度接近理想值,同时又保持其具有大的磁熵变这一特点,有可能取得新的突破.     

利用不同沉积温度和衬底控制压电/压磁异质结的磁电耦合系数

以生长在不同电极衬底:MgO,c-sapphire,a-sapphire,Si上的钙钛矿PbTiO3(PTO)/Terfenol-D压电/压磁异质结为例,利用唯象热力学理论研究了热应力对压电/压磁异质结磁电耦合效应的影响.计算结果表明,铁电薄膜内的热应力强烈依赖于薄膜沉积温度与衬底、薄膜之间热膨胀系数的差异,而热应力又显著影响磁电耦合性能.对于热膨胀系数大于薄膜材料的衬底,如MgO,铁电薄膜内的热应力为压应力,导致压电/压磁异质结的磁电电压系数增强;对于热膨胀系数小于薄膜材料衬底,如c-sapphire,a-sapphire,Si,铁电薄膜内热应力为拉应力,导致压电/压磁异质结的磁电电压系数减小.研究提出了通过改变沉积温度以及选择合适衬底来调控压电/压磁异质结磁电耦合效应的新思路,为工程上增强压电/压磁异质结磁电耦合性能提供了新的途径.     

南京大学国家杰出青年科学基金获得者介绍

刘俊明　教授　　刘俊明博士 196 4年12月出生于湖北大冶县 ,l989年底毕业于西北工业大学 ,获得工学博士学位 ,后来南京大学师承闵乃本院士从事博士后研究。现系南京大学物理系教授 ,固体微结构物理国家实验室副主任。近年来主要从事介电体物理和钙钛矿氧化物物理学方面研究工作 ,1997年获得“国家杰出青年基金”并先后参与和主持承担了国家自然科学基金重大与一般项目、国家“973”项目等多项课题 ,在铁电压电薄膜制备及相关物理效应、非线性光学薄膜制备、集成铁电学与微电力系统原型器件、庞磁电阻锰氧化物薄膜制备及低场磁电阻增强、自…     

小世界网络中的相分离和超大磁电阻效应

由于自旋、轨道、电荷和晶格的关联作用,具有超大磁电阻效应的锰氧化物表现出自发的相分离特征和复杂网络的输运特性.小世界网络是介于规则网络与无规网络之间的一种新的网络构形,它能够很好地描述锰氧化物的相分离特征.我们运用蒙特卡罗方法研究了基于小世界网络的一维伊辛自旋链中的磁输运性质,发现小世界关联会导致自发的长程序.随着小世界长程作用的增强,铁磁相的区域扩大,同时体系的磁性相变温度升高.相应的电阻网络模拟显示,在铁磁—顺磁转变温度附近,磁电阻效应有了很大的提高,很好地解释了锰氧化物中的相分离现象与超大磁电阻效应.     

LaMnO3不同晶位掺杂的磁电阻效应

基于研究钙钛矿型氧化物磁电阻效应的目的,采用固相反应法制备了实验所需的单相多晶样品,主要就La位二价金属离子掺杂和稀土互掺及Mn位掺杂对LaMnO3磁电阻影响的实验结果作比较研究,发现La位稀土互掺对磁电阻的影响可以用晶格效应来解释,并明确指出La位和Mn位掺杂是提高和调制钙钛矿型锰氧化物超大磁电阻效应的一种有效途径.     

锰氧化物的结构

锰氧化物具有的超大(巨)磁电阻效应在磁存储和磁传感等领域极具潜在的应用价值,同时也由于这类钙钛矿型锰氧化物蕴涵着丰富的物理现象和物理问题,锰氧化合物引起了广大科研工作者的浓厚兴趣,弄清锰氧化物的结构特征对探讨其物理性质至关重要.     

La0.55Eu0.1Sr0.15Na0.2MnO3的制备及其磁性

采用溶胶-凝胶方法制备钙钛矿型稀土锰氧化物La0.55Eu0.1Sr0.15Na0.2MnO3, 利用X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和磁性测量系统(MPMS)对样品的结构、居里温度、磁卡效应和磁电阻效应进行研究. 结果表明, 样品具有单相六角钙钛矿结构, 居里温度为310 K, 磁电阻变化率为11.18%, 最大磁熵变为1.45 J/(kg·K).     

铁磁共振下磁各向异性材料的负折射特性研究

利用Landau-Lifshitz-Gilbert模型理论计算了铁磁共振条件下天然材料锰钙钛矿薄膜的张量磁导率,发现铁磁共振能够获得负的磁导率,而锰钙钛矿材料特有的庞磁电阻效应可以得到负的介电常数,这使得负折射率成为可能.结合麦克斯韦方程组,分析了铁磁共振时材料的微波传播特性.研究结果表明,在外磁场下天然锰钙钛矿材料不仅可以获得负折射率,更重要的是负折射的工作频率受到了外磁场强弱的调制,材料具备了可调谐特性.     

钙钛矿锰氧化物光探测特性及其在石油领域的应用

随着石油勘测开发范围不断地向地表深层拓展,传统的光学传感器已不能满足在更为恶劣环境中的探测需要,研制开发高灵敏、快速响应、适用于高温、高压环境的新型光探测材料与器件具有重要的意义.本文主要结合我们在钙钛矿锰氧化物薄膜和异质结光电特性方面的相关研究工作,介绍了将钙钛矿锰氧化物应用于高温环境光电探测的研究进展,包括调控并提高了光伏响应灵敏度,研究了相关材料器件随温度升高光电特性的变化规律以及开发了高温环境下具有稳定光伏响应的探测器结构.这些研究不仅对揭示强关联体系氧化物电子相互作用的物理机理具有积极意义,而且将在石油勘探、气井安防、油井检测等领域具有广阔的应用前景.     

La0.55Eu0.1Sr0.15Na0.2MnO3的制备及其磁性

采用溶胶\|凝胶方法制备钙钛矿型稀土锰氧化物La_0.55Eu_0.1Sr_0.15Na_0.2MnO₃, 利用X射线衍射(XRD)、 振动样品磁强计(VSM)和磁性测量系统(MPMS)对样品的结构、 居里温度、 磁卡效应和磁电阻效应进行研究. 结果表明, 样品具有单相六角钙钛矿结构, 居里温度为310 K, 磁电阻变化率为11.18％, 最大磁熵变为1.45 J/(kg·K).      

钙钛矿La2/3Pb1/3MnO3外延膜的制备及磁性

利用磁控溅射法在单晶LaAlO3(100)衬底上成功地外延生长了La2/3Pb1/3MnO3薄膜.用X射线衍射仪、原子力显微镜和超导量子干涉仪、直流四探针法对其进行了表征.结果表明,薄膜为赝立方钙钛矿结构,晶格常数为3.861 nm,晶格失配度为2.1%,具有良好的单晶外延结构和较光滑的表面,且薄膜中晶粒的生长模式是"柱状"模式.居里温度为325 K,在居里温度附近,发生铁磁-顺磁转变.此材料呈现出一种典型的自旋玻璃特性.是由于应力造成的.在1.OT磁场下,其磁电阻为23.4%.     

BaTiO3/La0.67Sr0.33MnO3纳米复合薄膜的多铁性

利用脉冲激光沉积技术制备了2-2型BaTiO3/La0.67Sr0.33MnO3复合薄膜,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、扫描探针显微镜等对复合薄膜的结构进行了表征,用物理性能测量系统、铁电性能测试仪对其磁性、电性进行了测试.测试结果表明,所制备的样品在室温以上具有铁磁性和铁电性,并表现出了良好的磁电耦合效应.基于界面应力耦合机制探讨了材料的结构及两相之间的磁电耦合效应.     

La0.67Ca0.33MnO3的光致发光光谱的研究

采用高温固态反应法制备了具有钙钛矿结构的锰氧化物La0.67Ca0.33MnO3,利用X射线衍射、光致发光谱等实验技术研究其结构和性质.应用光致发光方法研究发现了两套谱线变化的规律,这两套谱线变化源于两种微观作用的相互竞争.这两种作用是:(i)eg电子与t2g自旋相互作用;(ii)eg电子与晶格振动耦合相互作用.     

钙钛矿La0.67Pb0.33MnO3薄膜的制备及表征

利用磁控溅射法在单晶LaAlO3(100)衬底上成功的外延生长了La0.67Pb0.33MnO3薄膜。用X射线衍射、原子力和超导量子干涉仪、振动样品磁强计对其进行了表征。结果表明,薄膜为赝立方钙钛矿结构,晶胞参数为a=3.861 nm,具有良好的单晶外延结构和光滑的表面。居里温度TC=345 K,在居里温度附近,发生铁磁-顺磁转变。此材料呈现出一种典型的自旋玻璃特性,是由于应力造成的。在室温条件下,当H=0.8T时,磁电阻效应非常明显,此现象是由于固有磁电阻效应引起的,并不是低场磁电阻效应引起的。室温下,其矫顽力只有50奥斯特。     

磁场对钙钛矿锰氧化物La0．8MnO3＋δ磁电阻的影响

采用固相烧结法在一定温度下烧结并退火得到钙钛矿锰氧化物La0．8MnO3＋δ大块多晶样品,研究这些样品在不同磁场下的磁电阻效应．结果表明,所有样品不管是否加磁场都存在金属一绝缘体转变,并且都有明显的磁电阻效应,另外磁场的变化对磁电阻效应有显著影响．     

应变调控柔性电子器件磁电性质的研究进展

柔性电子器件具有独特的形状可塑性,因而引起了人们极大的研究热情.柔性电子器件在未来或将成为下一代电子器件的重要分支,在电子显示、二极管、生物医疗器件、太阳能电池等领域有着广阔的发展前景.近些年,许多研究人员将柔性技术与自旋电子学相结合,开始探索应变对于生长在柔性衬底上的磁电异质结磁电性质的影响,通过改变柔性衬底的曲率等手段调控器件的磁电效应.相关基础研究为磁存储器、磁传感器、非易失性阻变存储器等电子器件的研究开辟了新思路.     

钙钛矿La0.75 Na0.25 MnO3外延膜的制备及磁电特性研究

目的 研究单价碱金属Na替代对钙钛矿LaMnO3结构及磁电特性的影响.方法 通过射频磁控溅射在单晶LaAlO3(100)衬底上生长了膜厚为120 nm的La0.75Na0.25MnO3外延膜,用X射线衍射仪、原子力和超导量子干涉仪、直流四探针法对其进行了表征.结果 结果表明,薄膜为赝立方钙钛矿结构,具有良好的单晶外延结构和岛状生长模式.居里温度Tc=270 K,在居里温度附近,发生铁磁-顺磁转变.此材料呈现出一种典型的自旋玻璃特性,是由于应力造成的.在1 T磁场下,磁电阻极大值为40.3%.结论 La0.75Na0.25MnO3外延膜的制备为CMR薄膜的低场和室温条件下的广泛应用提供了潜在的价值.     

六角多铁HoMnO3的磁电性质及其研究进展

六角HoMnO3材料是近年来多铁性磁电材料研究中一个极其重要且具有代表性的材料.文章全面概述了多铁材料HoMnO3的磁电性质以及近年来国内外的相关研究进展,包括HoMnO3的低温自旋交换作用、磁性相变、外加电场诱导的磁化改变、铁电极化机理以及由于磁弹、自旋晶格耦合、自旋声子耦合作用导致的巨磁电效应等.重点评述了HoMnO3材料磁电效应产生的物理机制,在此基础上,讨论了应用过程中存在的问题,提出了解决的可能途径.     

六角多铁HoMnO3的磁电性质及其研究进展

六角HoMnO3材料是近年来多铁性磁电材料研究中一个极其重要且具有代表性的材料.文章全面概述了多铁材料HoMnO3的磁电性质以及近年来国内外的相关研究进展,包括HoMnO3的低温自旋交换作用、磁性相变、外加电场诱导的磁化改变、铁电极化机理以及由于磁弹、自旋晶格耦合、自旋声子耦合作用导致的巨磁电效应等.重点评述了HoMn...