金属间化合物的巨磁电阻效应、铁磁半导体行为及金属－绝缘体转变

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	金属间化合物的巨磁电阻效应、铁磁半导体行为及金属－绝缘体转变
	李耀彪
学位类型	博士
导师	张志东
	2006-06-08
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料物理与化学
关键词	输运性能磁卡效应巨磁电阻一级相变费米面金属－绝缘体转变铁磁半导体自旋玻璃自旋阻挫
摘要	采用磁控电弧熔炼、高温真空烧结等方法制备Mn-Zn-Sn-C、Mn-Cr-Te和Cr-Se-Te体系样品。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段分析样品的微观组织、结构及成分变化。用交流初始磁化率测定仪、超导量子干涉仪(SQUID)、物理性能测试仪（PPMS）等设备测量样品的磁性和电性。系统地研究了这些化合物的磁性、电性和磁输运特性，其中主要包括Mn3+xSn1-xC体系的输运性能和磁卡效应、Mn3ZnySn1-yC体系的巨磁电阻现象、Mn1-xCrxTe体系的铁磁半导体行为、Cr7(Se1-xTex)8和Cr3(Se1-xTex)4体系的金属－绝缘体转变特性。在Mn3+xSn1-xC (0 £ x £ 0.4)体系中，主要研究了该系列化合物在不同的Mn:Sn配比下，电阻率随温度的变化关系，阐明了与磁相变密切相关的电阻变化的来源为顺磁－铁磁（PM-FM）转变过程中费米面的移动导致电子状态密度（DOS）的降低，并发现Mn3SnC样品在居里温度（T = 252 K）附近出现明显的磁卡效应。为了得到相对稳定的低温反铁磁态和相应的反铁磁－铁磁（或亚铁磁）相变（其对巨磁电阻效应的出现有重要作用），尝试了用Zn来替代Sn，以观察磁性、电性和磁输运性质的变化。发现，当用Zn替代Sn时，Mn3Zn0.5Sn0.5C和Mn3Zn0.4Sn0.6C化合物分别在142 K和170 K出现反铁磁态，相应地出现了亚铁磁－反铁磁（FI-AFM）和铁磁－反铁磁(FM-AFM)相转变，这些磁相变为一级相变。同时发现Mn3Zn0.5Sn0.5C和Mn3Zn0.4Sn0.6C化合物伴随有巨磁电阻效应出现。巨磁电阻效应产生的机制为：场诱导的反铁磁－铁磁(AFM-FM)的变磁转变使超布里渊能隙消失，导致费米面的重新构建造成的。在Mn1-xCrxTe (x = 0, 0.04, 0.08和 0.14)体系中，以MnTe反铁磁半导体为基，加入晶体结构相同和晶格参数相似的铁磁性CrTe，以期在磁性上出现反铁磁性－铁磁性（亚铁磁性）的变化，同时在电性上又保持原有基体的半导体导电特征，以求合成一种新的铁磁半导体材料。研究证实，在MnTe中，Cr对Mn的替代在一定浓度内可形成固溶的Mn1-xCrxTe化合物。随Cr含量的增加，晶格参数a和c逐渐减小，且符合Vegard定律。由于Cr的掺杂，Mn1-xCrxTe(x = 0.04, 0.08 和 0.14)化合物出现了明显的铁磁性，其电性仍保持了半导体的导电性质，且表现为热激活的半导体导电行为。在Cr7(Se1-xTex)8（0 £ x £ 1.0）体系中，发现Te对Se的替代形成了完全固溶体。在x = 0.3时出现了反铁磁性－铁磁性的变化。样品在低温下出现的自旋玻璃态是由铁磁和反铁磁之间相互竞争导致的自旋阻挫造成的。随着Te对Se的替代（0 < x £ 0.5），在R-T曲线上出现了电阻率极小值现象，即金属－绝缘体（MIT）转变，这主要来自于磁有序和冻结的自旋无序之间的竞争。Cr3(Se1-xTex)4体系的磁性和电输运性质与Cr7(Se1-xTex)8体系类似，也展现随成分变化的反铁磁性－铁磁性的变化、低温变程跳跃电导的导电机制、电阻率极小值现象以及磁电阻效应等。
页数	140
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16842
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	李耀彪. 金属间化合物的巨磁电阻效应、铁磁半导体行为及金属－绝缘体转变[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.