Исследование механизмов электропроводности и магнитных свойств перовскитов манганитов La1-xCaxMn1-yFeyO3 и LaMnO3+δ

• Автор: Хохулин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Псровскнтовыс мангашпы

1.2. Фазовое расслоение

1.3. Колоссальное магнетосопротивленне в контексте фазового расслоения

1.4. Практическое применение и структуры на основе манганитов

1.5. Интерпретации зарядового упорядоченіи

1.6. Технологические особенности

1.7. Электрон-фононнос и кулоновское взаимодействие в перовскитовых манганитах

1.8. Выводы к главе

Глава 2. Получение и характеризации образцов
2.1. Разновидности образцов
2.1.1 Керамические образцы
2.1.2 Тонкие пленки
2.1.3 Монокристаллические образцы
2.2. Получение и характеризация исследуемых образцов
2.2.1 ЬаМпОз, ы 5 = 0.154 (LMO)
2.2.2 Lai.xCaxMni.yFey03, х = 0.67, у = 0, 0.05 (LCMFO)
2.3. Выводы к главе II
Глава 3. Исследование механизмов электропроводности ЬаМпОз« (LMO) под давлением
3.1. Электропроводность манганитов
3.1.1 Модель прыжковой проводимости
3.1.2 Модель электропроводности с переменной длиной прыжка для перовскитов манганитов
3.2. Измерение р(Т) при различных давлениях для LMO
3.3. Расчет макро и микропараметров в модели электропроводности Шкловского-Эфроса
3.4. Анализ макро- и микропарамстров электропроводности LMO
3.5. Выводы к главе III
Г лава 4. Исследование свойств Lai-xCasMni_j,Fej03 (LCMFO)
4.1. Магнитные свойства манганитов
4.1.1 Магнитные структуры
4.1.2 Температура Кюри
4.1.3 Намагничивание
4.1.4 Восприимчивость
4.2. Исследование магнитных свойств и фазового состава LCMFO
4.2.1 Парамагнитное состояние и фазовый переход в зарядо-упорядоченное состояние
4.2.2 Намагниченность и термоостаточная намагниченность
4.3. Исследование электропроводности LCMFO
4.4. Анализ результатов исследований LCMFO
4.5. Выводы к главе IV
Заключение
Использованная литература
Введение
Актуальность темы
Манганиты смешанной валентности с перовскитовой структурой изучались в течение почти 50 лет [1,2]. Систематические попытки позволили установить связь между структурой оксидов, электронными и магнитными свойствами, дали новые исследовательские поднаправления. Изучение манганитов позволило обнаружить новые явления, такие как колоссальное магнетосопротивление (КМС) [1,2], фазовое расслоение [3], и привело к открытию важных свойств материалов таких как двойное обменное взаимодействие и эффект Яна - Теллера [4,5]. Ранние исследования были мотивированы потребностью разработать непроводящие ферромагнетики с большой восприимчивостью. Позднее исследования были обусловлены потребностью понять и применить явление магнетосопротивления -уменьшение сопротивления материала при наложении внешнего магнитного поля. Вновь интерес к мапганитам вернулся в 1990-х, когда были изготовлены высококачественные тонкие пленки с эффектом гигантского магнетосопротивления [6]. Оптимизированные манганитовые пленки обладали эффектом отрицательного магнетосопротивления, который достигал максимума вблизи температуры Кюри 7Ь Этот эффект был назван эффектом «колоссального магнетосопротивления» [7]. Также вблизи температуры Тс у данных пленок проявлялись аномальные особенности теплоемкости и поглощения рентгеновского излучения.
Манганитовые пленки могут использоваться как материал для спиновой электроники (спинтроники) в качестве составной части для тонкопленочных гетероструктур. На основе КМС-материалов уже созданы некоторые действующие прототипы электронных устройств, такие как спиновые и туннельные вентили, магниторезистивная энергонезависимая память, считывающие элементы запоминающих устройств и магнитные сенсоры [8].

Поиски материалов с заданными свойствами разрастаются интенсивно в последнее время в силу возросших потребностей высокотехнологичной электроники. Наиболее важные критерии для таких материалов - быстрота срабатывания, энергонезависимость и по-прежнему малые размеры, сменившие приставку «микро», новой - «нано».
Богатство фаз и явлений, которое демонстрируют перовскитовые манганиты, обусловлено многогранностью и сложностью взаимодействий на микроуровне. Вариации химического состава, применение различных технологий изготовления и различных внешних условий позволяют в отдельности исследовать взаимодействия между магнитными ионами, носителями заряда, группами атомов.
Данная работа посвящена изучению магнитных и электропроводных свойств перовскитовых манганитов БаМпОзнб и Ба 1 .хСачМп]_уБеуОз (х = 0.67, у = 0, 0.05). Особый интерес в исследовании данных соединений представляет изучение микропроцессов, связанных с движением носителей заряда, а так же изучение обменных магнитных взаимодействий. Кроме того, к особенностям перовскитовых манганитов следует отнести зарядовое упорядочение (СО) и фазовое расслоение, которые оказывают влияние на сложное поведение электропроводности и магнитные характеристики.
Исследования данных материалов проводились и раньше. Так, например, анализ исследований электропроводности материала БаМпОз+а проводился по модели электропроводности с постоянной длиной прыжка и модели Мотта [9,10], которые не позволяли вычислить радиус локализации носителей заряда и характерные значения плотности состояния носителей заряда вблизи уровня Ферми. Материал Ба, _хСахМп]_уБеуОз ранее подвергался в основном исследованиям с применением электронной микроскопии, а магнитные исследования были неполными [11,12].
В данной работе для анализа экспериментальных исследований электропроводности использована модель электропроводности с переменной длиной прыжка по механизму Шкловского-Эфроса [13]. Благодаря

Глава 2. Получение и характеризация образцов
В 1990-х годах, когда интерес к манганитам возродился, в литературе стали встречаться случаи, когда один и тот же материал по химическому составу, изготовленный в разных лабораториях, в результате исследований проявлял себя по-разному в аспекте конкретных физических параметров и зависимостей. Так, например, в двух публикациях об одном и том же составе могли быть разные периоды кристаллической решетки, температуры Кюри, зависимости намагниченности и удельного сопротивления от температуры, кривые намагничивания. Порой такие девиации были весьма парадоксальны. Как позже выяснилось, основной причиной вариаций свойств одного и того же манганитового состава явилась технологическая сторона процесса получения образца и физические процессы, происходящие при этом. Потому в этой главе пойдет речь о разновидностях образцов, методах их получения, характеризации и анализе полученных образцов. А также в завершение главы будут описаны методики получения и результаты анализа структуры и состава исследуемых образцов.
2.1. Разновидности образцов
2.1.1 Керамические образцы
Керамические манганиты изготовляются стандартным керамическим методом. Стандартный керамический метод включает в себя повторяющееся измельчение, уплотнение и отжиг исходных оксидов и карбонатов, до тех пор, пока не будет получен однофазный материал. Чтобы изготовить (Lai. чСах)МпОз, например, смесь ЬагОз, СаСОз и МпОг измельчается совместно, уплотняется и отжигается при температуре 1200°С на воздухе в течение нескольких часов. Процедуру повторяют по мере необходимости, добиваясь получения однородного материала. Заключительные отжиги могут быть проведены при более высокой температуре с регулируемым составом атмосферы, с целью достижения необходимой стехиометрии. Метод основывается на твердотельной взаимной диффузии между окисными