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1、精品 内蒙古科技大学本科毕业论文论文题目：分析锰氧化物的自旋玻璃行为学生姓名： xxxxx 学 院： 物理科学与技术学院 专 业： 应用物理学 班 级： 08级应用物理 指导教师： xxxx 副教授 二 一二 年三 月二十七日摘 要20世纪60年代随着新技术革命的发展，世界进入计算机、微电子、通讯、激光等新技术领域的时代。磁性材料在卫星通信、自动化、磁微波、 磁医疗、磁记录、磁储存等多方面都得到了应用。在特种功能磁性材料中，磁电阻材料的研究对探索高密度的信息存储材料和快速读写材料有着重要的作用，在读出磁头、磁性传感器以及磁记录等方面都有很好的应用。钙钛矿锰氧化物由于其庞磁电阻效应(Coloss
2、al Magneto-Resistance，CMR)以及与自旋、电荷、轨道自由度相关的一系列丰富的物理性质受到了人们的广泛关注1。相信通过本篇论文的总结研究一定能丰富自旋领域的研究。加快锰氧化物研究的进程，能让比高性能的锰氧化物材料更早的问世，使国有经济发展更上一层楼。关键词：钙钛矿;锰氧化物;自旋;自旋玻璃 AbstractWith thedevelopment of new technological revolution in the 1960s, the world entered the era of computers, microelectronics,communication
3、s, laser and other new technology. Magnetic materials in satellite communications, automation, magnetic microwave, magnetic medical, magnetic recording, magnetic storage and other aspects have been applied. On the special function of magnetic materials, magnetic materials research of high density in
4、formation storage material and fast read and write material plays an important role, in the read-out magnetic head, magnetic sensor and magnetic recording and so have a good application. Perovskite manganese oxide due to the colossal magnetoresistance ( Colossal Magneto-Resistance, CMR ) and spin, c
5、harge, orbital degrees of freedom associated with a series of rich physical properties has been widespread concern. I believe that through this paper sum up the research will enrich the spin fields. Accelerate the manganese oxide research process, can make high performance of manganese oxide materia
6、l earlier published, is our country economic development strive for further improvementKey words：perovskite manganite spin spin-glass 目 录序言 1一 钙钛矿锰氧化物的概述 2二 钙钛矿梦氧化物中的自旋行为2三 对锰氧化物的自旋玻璃现象的研究4（一）什么是自旋玻璃现象4（二）自旋玻璃的行为特征5（三）锰氧化物体系中的自旋玻璃现象6（四）自旋转变9 （五）自旋玻璃的序参量12总 结14参考文献15序 言20世纪60年代随着新技术革命的发展，世界进入计算机、微电子、
7、通讯、激光等新技术领域的时代。磁性材料在卫星通信、自动化、磁微波、 磁医疗、磁记录、磁储存等多方面都得到了应用。随着科学的不断发展，新兴技术的开发对材料提出了各种高性能的要求。在特种功能磁性材料中，磁电阻材料的研究对探索高密度的信息存储材料和快速读写材料有着重要的作用，在读出磁头、磁性传感器以及磁记录等方面都有很好的应用。钙钛矿锰氧化物由于其庞磁电阻效应(Colossal Magneto-Resistance，CMR)以及与自旋、电荷、轨道自由度相关的一系列丰富的物理性质受到了人们的广泛关注1。一些新奇的磁现象和大量新颖的磁性材料的出现促进了科技的发展，同时也对人们认识其物理本质提出了更高的挑
8、战。对锰氧化物的理论和实验工作作一下简单的介绍，这些所谓的CMR材料的自从发现了高温超导和庞磁电阻等效应后，钙钛矿氧化物在过去的十几年间一直是强关联凝聚态物理领域中的研究热点。在锰氧化物的相关研究中，最近则以观察单晶样品新的实验效应和理解其本质特征上下功夫。研究是凝聚态物理中的一重要分支，而且其研究热潮可与超导相媲美。对于该材料的深入研究最好能从较多的方面来理解，当然，由于实验及理论条件的限制，实际上却不能从各个方面来理解它们的性质，我们将把研究重点放在最新的理论工作中，这些工作着眼于锰氧化物体系复杂的自旋、电荷或轨道有序相，这些相具有明显的内禀不致性2。对运用于锰氧化物模型的复杂性来说，实验
9、数据整理就有必要采取一定数值计算方法，这也是讨论的重点之一，现在高速的计算机性能发展为此提供了一定的可能性。一 钙钛矿锰氧化物的概述1989 年R. M. Kusters 等人在,以级1933年R.von Helmolt 等人在锰氧化物中重新发现了庞磁电阻(colossal magnetoresistance, CMR)现象后，触发了稀土基钙钛矿锰氧化物等相关过渡金属氧化物体系的又一轮研究热潮。虽然锰氧化物在此之前已经断断续续研究了许多年，一些基本结构特征及磁性能也基本清楚，但是由于样品制备手段以及实验表征方法的局限，很难观察到现在已经广泛认识的现象，如：电荷和轨道有序；相分离等。对锰氧化物的
10、新一轮研究又促进自旋 电子学的发展，由于一些钙钛矿锰氧化物具有明显的半金属铁磁特征，低温下显著的自旋极化行为，使其成为隧道磁电阻(tunneling magnetoresistance, TMR)器件自旋注入很好的备选材料。 其实，在研究过渡金属氧化物的早期阶段，已经发现钙钛矿锰氧化物在居 里温度(T )附近表现出明显的磁电阻(MR)行为。早在1969 年，C. W. Searle 和S.T.C Wang 2就已经发现单晶在居里温度附近磁场导致电阻有一明显的降低，表现出负磁电阻效应，并且给出了定性的实验解释，遗憾的是这些报道在当时并没有引起广泛关注。 当前，钙钛矿锰氧化物的研究是凝聚态物理的前
11、沿热点，不仅由于其本身 丰富的内涵，而且还由于其表现出迷人的物理现象：在外界条件刺激下表现出明 显的电或磁相变，外界磁场变化可以导致材料的磁相变、金属绝缘体转变等，这 已经为大家所熟知，其实，其它条件的变化也可激发材料的相变，如光辐射、 X 射线衍射、电子束、以及电场或电流的刺激等等，这些现象的理解需要我们的共同努力。二 锰氧化物中的自旋玻璃态行为我们知道在CMR材料结构机理的研究中，有一个非常有趣的现象就是，多相的竞争会描绘出许多奇妙的物理图景，这促使我们在以后的工作中应注意多相竞争的重要性。Zener的双交换作用较为客观地解释了CMR材料FM态的产生34,381，具体利用了Mn3+-O-
12、Mn4+体系中的电子交换方程式： 2.1但是，我们知道，CMR体系中除了Mn3+-O- Mn4+(Ox1)铁磁双交换作用外，还有Mn3+-0-Mn3+体系的存在，这个体系的存在当然也会影响整个体系的性质。理论研究表明，CMR材料中Mn3+-O- Mn4+ “体系之间的超交换作用(Super Exchange)直接导致AFM态的产生，如图1所示，Mn3+-O- Mn4+中两个M0上的电子自旋通过中间0。的激发态而产生较为强烈的耦合作用，使得电子自旋结构排列而显现AFM态。图1 Mn3+-O- Mn4+体系之问的趋交换作用Mn3+-O- Mn4+的双交换作用是铁磁(Mn3+Mn体系之问的趋交交换作
13、用是反铁磁(AFM)的，两相的竞争导致CMR体系出现了较为微妙的实验现象，我们称之为自旋玻璃态(SGS-SpinGlassState)。1996年，De Teresa等人在(TbLa)23Cal3Mn03多晶体系发现了自旋玻璃态，其对应电阻率曲线的绝缘态，见图1，样品在外加磁场低温下电阻率呈上升趋势，表现出绝缘体特性。从图2 磁化曲线可以看出，磁场冷却(Tb-La)23Cai3Mn03曲线在低温下并没有重合，同时在同一交流场下，随着频率的增加，磁化率尖峰会向着高温区移动，这是自旋玻璃态最为明显的特征；通过中子衍射实验证其变化是由于铁磁长程序(2004年上海大学硕七学位论文第一章综述3)的缺乏所
14、造成的。Dy，Y和Pr替代O的La位也发现了自旋玻璃态，可以得知La位替代导致MnO-Mn键键角减小，使得Mn3+和Mn4+”间的电子跃迁减少，引起体系电阻的增加及相关磁特性的改变。图2 (Tb-La)23Ca13Mn03样品在O，8，12T磁场下(实线)和5T磁场下(虚线)的电阻率随温度变化曲线图3 在不同频率下的交流磁化率曲线(交流场为4,5Oe)。内图是在100Oe磁场下的FC和ZFC曲线。三 对锰氧化物的自旋玻璃性的研究（一） 什么是自旋玻璃现象 玻璃态物质是正常液态冷却后形成的一种材料，它在任何温度下都不袁现出象结晶过程那样的不连续变化，在这个冷却过程申，其粘滞性逐渐增大， 刚性逐渐增强。 任何液体或过冷液体当它的切变粘滞性约大于泊就称为玻璃体。这个数值用来定义液体-玻璃体转变温度，以及定义液态和玻璃态之问的界限。对比通常意义下的玻璃态和上述对磁性系统的奇怪现象的解释，人们把自旋的这种现象叫做自旋玻璃4。“自旋玻璃”的名称是由英国科学家B.R.Coles提出两层意思：1“玻璃“二字形容自旋方向的无规分布；2自旋冻结过程与融熔玻璃固化的过程类似，它没有严格的凝固温度。自旋冻结温度定义为磁化率的尖峰温度，这不是热力学意义上的相变温度
