论文总字数：23281字

摘 要

半金属锰氧化物因其具有丰富的科学内涵和广泛的应用前景，吸引着越来越多的注意。其中半金属La_0.7Sr_0.3MnO₃有着接近100%的自旋极化率，较高的居里温度以及优良的环境稳定性，成为自旋电子学领域中颇为热门的铁磁半金属材料之一。然而该类材料的室温磁电阻效应比较弱，限制了其在自旋电子学器件中的应用，因此提高其室温低场磁电阻效应显得尤为重要。本文利用电流退火的技术对溶胶凝胶法制备的半金属La_0.7Sr_0.3MnO₃多晶样品进行了热处理，通过对比零电流退火样品和电流退火样品的磁学性质和电输运性质，发现经电流退火的半金属La_0.7Sr_0.3MnO₃多晶样品的磁导率、饱和磁化强度和磁电阻均有所增强。在1T的磁场下，电流退火La_0.7Sr_0.3MnO₃多晶样品的磁电阻增强幅度约为 26.46 %。我们用自旋极化隧穿模型解释了这种增强的磁电阻效应。

关键词：磁电阻效应 锰氧化物 电流退火 居里温度

Research on magnetoresistance enhancement in current-annealed half-metallic Manganite

Abstract

Half-metallic manganites have attracted more and more attention due to their abundant scientific connotation and wide application prospects. The perovskite manganite La_0.7Sr_0.3MnO₃, with high spin polarization, high Curie temperature and environmental stability, is one of the well-known half-metallic ferromagnets in spintronics. However, the magnetoresistance effect of polycrystalline La_0.7Sr_0.3MnO₃ is relatively low at room temperature, which restricts its application range in spintronics. Hence, it is very necessary to enhance low-field magnetoresistance in La_0.7Sr_0.3MnO₃. In this work, the sol-gel synthesized La_0.7Sr_0.3MnO₃ was annealed under electric current. Compared with the annealing polycrystalline sample without electric current, the current-annealed La_0.7Sr_0.3MnO₃ shows higher magnetic susceptibility, larger saturated magnetization and stronger magnetoresistance effect. At room temperature, a 26.46% enhancement of magnetoresistance at 1 T was observed in the current-annealed sample, which can be explained with the mechanism of spin-polarized intergrain tunneling. 

Key Words: Magnetoresistance; Manganite; Current anneal; Curie temperature

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1磁电阻效应（MR）简介 1

1.2磁电阻效应研究背景 1

1.3磁电阻分类 2

1.3.1正常磁电阻(OMR) 2

1.3.2各向异性磁电阻(AMR) 2

1.3.3巨磁电阻(GMR) 4

1.3.5 隧穿磁电阻(TMR) 5

1.3.6 庞磁电阻(CMR) 5

1.4钙钛矿锰氧化物 6

1.4.1钙钛矿锰氧化物研究背景 6

1.4.2钙钛矿锰氧化物的晶体结构 7

1.4.3多晶LSMO研究背景 7

1.5研究工作的目的 8

参考文献 8

第二章 样品制备、表征及理论方法 11

2.1样品制备方法 11

2.2样品的物性表征 11

2.2.1电性的测量 11

2.2.2磁性质的测量 12

2.3物质的磁性 13

2.3.1抗磁性 13

2.3.2顺磁性 13

2.3.3反铁磁性 14

2.3.4铁磁性 14

2.3.5亚铁磁性 14

2.4铁磁性起源 14

2.4.1 分子场理论 14

2. 4. 2 分子场的本质——交换作用 17

参考文献 17

第三章 电流退火对La_0.7Sr_0.3MnO₃磁电阻增强效应的研究 19

3.1引言 19

3.2实验 19

3.2.1样品的制备 19

3.2.2样品的退火处理 20

3.2.3 测量与表征 20

3.3实验结果与讨论 20

3.3.1 磁学性质 20

3.3.2 磁电阻 22

3.4本章小结 23

参考文献 24

第四章 总结和展望 25

致谢 26

第一章 绪 论

1.1磁电阻效应（MR）简介

磁电阻（MR）效应是指外加磁场导致电阻变化的现象，磁电阻通常表示为

（1-1）

式中，R(0)、R(H)分别为零场和存在磁场下的电阻^[1]。在诸如金属、合金及半导体等非磁性材料中，几乎都存在着磁电阻效应。磁电阻效应于十九世纪五十年代中期就被发现，后来出现了利用铁磁性金属的磁电阻效应制成的磁传感器。但长期以来提高磁电阻值的步履缓慢，直到1988年巨磁电阻（GMR）效应被发现，GMR效应一经发现就引起剧烈反响，这是近20年来物理和电子学的历史性发现，有力推动了自旋电子学的诞生。GMR效应被应用于硬盘读取磁头后，硬盘记录密度得到大幅提升，这是科学发现迅速实现技术商业化的经典案例。

1.2磁电阻效应研究背景

早在1857年，Thomson就发现了铁和镍的磁电阻^[2]，Thomson指出：“在磁场作用下，铁受磁化方向的电阻增大，而垂直于磁化方向的电阻减小。”故称之为各向异性磁电阻（AMR）。一直到20世纪70年代，AMR一直只是作为一个物理特性被研究，之后被用于传感器设计，90年代初利用AMR效应制成的磁头取代了读出灵敏度较低的感应式磁头，这对于提高磁盘的记录密度是一重大突破。1988年，法国Fert研究组和德国P. Grünberg研究组各自分别独立发现了Fe/Cr纳米多层膜中的巨磁电阻（GMR）效应^{[3, 4]}。巨磁电阻效应的发现为人们提高磁电阻提供了广阔思路，1995年Moodera研究组^[5]和Miyazaki研究组^[6]分别独立在CoFe/Al₂O₃/Co和Fe/ Al₂O₃/Fe三层膜中观察到在4.2K下24%和30%的磁电阻以及在室温下12%和18%的隧道磁电阻（TMR)）1994年Jin等^[7]在类钙钛矿的氧化物陶瓷La-Ca-Mn-O中发现了庞磁电阻（CMR）效应，在磁场强度为5T，温度为77K的条件下，其磁电阻值可达127000%，这项发现立即引起了人们对锰氧化物的研究热潮。

1.3磁电阻分类

1.3.1正常磁电阻(OMR)

正常磁电阻（Ordinary MR，OMR）不仅存在于铁磁金属中，在非铁磁金属和半导体中也可观察到OMR效应。OMR的起源机制是电子在输运过程中在外磁场作用下，受到Lorentz力发生回转运动，从而散射界面增大，磁电阻增大。OMR数值往往很微弱，一般只能在低温条件下的纯金属中观察到^[8]。

请支付后下载全文，论文总字数：23281字