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摘 要

为了更深入地理解LSMO体系中电输运和磁性的耦合性，本课题将利用将根据微磁学的基本方法以及载流子跳跃和自旋极化隧穿等理论模型，对La_0.7Sr_0.3MnO₃单晶中畴壁和多晶中晶界处磁畴的自旋结构及磁电阻（MR）进行系统的研究，并根据所得MR方程通过电流退火方法对多晶La_0.7Sr_0.3MnO₃磁电阻进行调控。

关键词：自旋 微磁学 磁电阻效应 磁电阻材料

Spin Structure under Magnetic Field and Current Resistance Modulation of Magnetoresistance

Abstract

In order to understand the electrical transport and magnetic coupling in LSMO system, this paper will use the basic method based on micro-magnetism and the theoretical model of carrier jump and spin polarization tunneling. The study of the spin structure and the magnetic resistance (MR) of the domain wall in the single crystal of La0.7 Sr0.3 MnO3 monocrystal, and the magnetic resistance (MR) in the crystal boundary of polycrystal , and the polysilicon La_0.7Sr_0.3MnO₃ magnetoresistance is regulated by the current annealing method according to the obtained MR equation.

Key words: Spin; Micromagnetics；Magnetoresistance Effect；magneto-resistive material；

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 磁电阻效应 1

1.1.1 磁电阻 1

1.1.2不同材料的磁电阻方程 1

1.2 磁电阻分类 3

1.2.1正常磁电阻（OMR） 3

1.2.2 巨磁电阻（GMR） 4

1.2.3 隧穿磁电阻 (TMR) 4

1.2.4 庞磁电阻（CMR） 5

1.3本章小结 5

第二章 理论方法和实验样品的制备 7

2.1 理论方法 7

2.1.1 微磁学介绍 7

2.2 实验样品的制备 9

2.2.1溶胶凝胶法 9

2.2.2 四探针法测电阻率 10

2.3 本章小结 10

3.3本章小结 22

4.4本章小结 27

第五章 总结展望 28

致谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1 磁电阻效应

1.1.1 磁电阻

当一个材料放入磁场时，它的电阻率会发生变化的这种现象称为磁电阻效应^[1]。通常，磁电阻定义为：

（1-1）

从上式可以看出：当加入磁场后，如果电阻增大，那么式中的MR就为正值；如果电阻减小，则MR为负值。所以磁电阻的大小是依赖于外加磁场的强弱，也就是说磁电阻的大小和外加磁场有一定的依赖关系，所以磁电阻方程可以用MR(H)来表示。一般磁电阻有两种即为横向磁电阻和总想磁电阻，如下图分别为横向磁电阻和纵向磁电。

(a) 纵向磁场 （b） 横向磁场

图1.1

1.1.2不同材料的磁电阻方程

(1) 普通金属材料

不同的导电物质，电阻对磁场的响应方式往往也不同。对普通金属来说，其磁电阻往往表现为正值，并且在低磁场下表现出平方的磁场依赖关系，公式为^[2]:

(1-2)

式中分别为两种载流子的电导，为它们的迁移率。高场普通金属的磁电阻达到饱和值^[3]：

（1-3）

在高磁场下，磁电阻已经达到峰值，外磁场的增加不再影响金属的磁电阻了。

(2) 量子材料

在诸如半金属铋、石墨烯、拓扑绝缘体及n型硅等新型量子材料^[4]，它们有共同的特征：即带隙窄，有效质量轻，同时表现出来的磁电阻具有线性不饱和的特点。1969年Abrikosov认为它们最低郎道能级上聚集着全部电子，利用这种极端量子限制条件可描绘出它们磁电阻来源，他获得的横向电阻率与磁场的线性关系为^[5]：

（1-4）

从式(1-4)可以看出，量子材料的横向和纵向电阻率都是和外加磁场呈现线性关系的。

1997年有研究团队在^[2]中也发现了新型的线性磁电阻，其中磁场区间 和温度区间为^[6]。但这个结果不能用上面Abrikosov的理论解释。原因为，10 Oe的磁场应当对应着温度上限0.1 K，而Ag_{2 δ}Se和Ag_{2 δ}Te磁电阻是的温度上限为4.5 K。

图1.2

1998年Abrikosov对这种新问题进行了深入研究，他提出了新的两个假设^[7]:

利用量子力学Dirac哈密顿方程，可以推导出上述横向电阻率与磁场的函数依赖关系

该方程表现出线性的函数依赖关系，因离子核的存在，将形成所谓的“背景电介质常数ε_∞”。这里的理论结果不依赖于温度，而实验结果却依赖于温度。这有可能没有弄清楚掺杂机制，无法得到电子浓度n和温度的函数关系。同时也无法比较散射中心的原子浓度N_i。

2012年，有研究团队系统研究了拓扑绝缘体Bi₂Te₃磁电阻效应，他们发现其室温磁电阻约为600%，同时发现该磁电阻具有高场不饱和的现象。与前面普通金属在高场下磁电阻是饱和的不同。另外发现磁电阻几乎不依赖于样品所处温度，如图1.3所示。该实验现象可用Abrikosov在1998年得到的（1-4）方程解释。

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