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摘 要

锰氧化物La_0.7Sr_0.3MnO₃具有非常高的自旋极化率，具有很好的环境稳定性，良好的高温导电性能,这些优异性能使其拥有非常好的应用前景。然而室温下的LSMO磁电阻效应比较弱。我们利用磁场退火的技术，对LSMO进行材料设计研究。实验结果发现，经磁场退火处理的多晶LSMO，其磁电阻得到显著增强。为了解释这种增强效应，本文利用微磁学方法及自旋极化隧穿理论推导出多晶LSMO磁电阻与磁场的依赖关系，并用该结果对实验数据进行了拟合。本文推导的多晶LSMO的磁电阻方程很好地说明了实验观察到的现象。

关键词： 微磁学 磁场退火 溶胶凝胶

Magnetic field structure and magnetic resistance annealing controlled by magnetic field

Abstract

Manganese oxide La0.7Sr0.3MnO3 has very high spin polarization, good environmental stability and good high temperature conductivity. These excellent properties make it a very promising application prospect. However, the magnetoresistance of LSMO at room temperature is relatively weak. We use magnetic field annealing technique to study the material design of LSMO. The experimental results show that the magnetic resistance of polycrystalline LSMO is remarkably enhanced by annealing in the magnetic field. In order to explain this enhancement effect, the dependence of the magnetoresistance of the polysilicon LSMO and the magnetic field is deduced by the micro-magnetic method and the spin polarization tunneling theory, and the experimental data are fitted with the results. The magnetoresistance equations of polycrystalline LSMO deduced in this paper illustrate the observed phenomena very well.

Keywords: micromagnetic, magnetic field annealing, sol-gel.

目录

第一章 绪论 1

1.1磁电阻效应 1

1.1.1磁电阻的定义 1

1.1.2不同材料的磁电阻方程 1

1.2 磁电阻分类 4

1.2.1正常磁电阻（OMR） 4

1.2.2 巨磁电阻（GMR） 4

第二章 理论方法与实验方法 8

2.1 理论方法-微磁学 8

2.2 利用变分法求能量最低态 9

第三章 磁场作用下的自旋结构及磁电阻方程 15

3.1背景介绍与物质结构 15

3.1.1引言 15

3.1.2半金属锰氧化物LSMO简介 15

3.2钙钛矿锰氧化物结构 16

3.2.1晶体结构 16

3.2.2电子结构 16

3.2.3磁结构 17

3.2.4电输运机制 18

3.2.5 双交换作用 18

3.2.6单晶LSMO磁电阻的物理图像 19

3.3多晶LSMO的磁电阻与磁场作用下的依赖关系 20

第四章 基于材料基因工程的磁电阻调控 24

4.1引言 24

4.1.1LSMO的一些弊端 24

4.1.2实验技术--磁场退火 24

4.1.3主要工作 24

4.2 实验流程 24

4.3结果与讨论 25

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磁电阻的定义

磁电阻（MR）通常依下式定义：

式中R(H),R(0)分别指的是：受外界磁场影响下的电阻率和无外加磁场影响下的电阻率。

由上面磁电阻定义的表达式可知，加入磁场后，如果电阻增大，则MR为正值；如果电阻减小，则MR为负值。磁电阻大小依赖于外磁场的强弱，因此磁电阻方程可以用MR(H)来表达。

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[4]:

(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[4]：

（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[5]，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[7]：

（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[11]中也发现了新型的线性磁电阻[11]，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[7]。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 [6]

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