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1、内蒙古科技大学内蒙古科技大学 本本科科毕毕业业论论文文论文题目：分析锰氧化物的自旋玻璃行为论文题目：分析锰氧化物的自旋玻璃行为学生姓名：学生姓名： xxxxxxxxxx 学学 院：院： 物理科学与技术学院物理科学与技术学院 专专 业：业： 应用物理学应用物理学 班班 级：级： 0808 级应用物理级应用物理 指导教师：指导教师： xxxxxxxx 副教授副教授 二二 一二一二 年三年三 月二十七日月二十七日II摘摘 要要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
2、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(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。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 IIIA AbstractWith thedevelopment of new techn
3、ological revolution in the 1960s, the world entered the era of computers, microelectronics,communications, laser and other new technology. Magnetic materials in satellite communications, automation, magnetic microwave, magnetic medical, magnetic recording, magnetic storage and other aspects have bee
4、n applied. On the special function of magnetic materials, magnetic materials research of high density information 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. Perovskit
5、e manganese oxide due to the colossal magnetoresistance ( Colossal Magneto-Resistance, CMR ) and spin, charge, 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 field
6、s. Accelerate the manganese oxide research process, can make high performance of manganese oxide material earlier published, is our country economic development strive for further improvementKey words：perovskite manganite spin spin-glass IV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
7、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151序序 言言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、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 M
8、agneto-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
9、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。2一一 钙钛矿锰氧化物的概述钙钛矿锰氧化物的概述1989 年 R. M. Kusters 等人在,以级 1933 年 R.von 55 . 05 . 0MnOPbNdHelmolt 等人在锰氧化物中重新发现了庞磁电阻(colossal xMnOBaLa 5152 m
10、agnetoresistance, 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
11、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PbMnOLax1 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
12、、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。二二 锰氧化物中的自旋玻璃态行为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- Mn4+体系中的电子交换方程式：2.12.1 3 2314 3 ,2 3 1MnOMnOMn但是，我们知道，CMR 体系中除了 Mn3+-O- Mn4+(Of 表示对时间平均；一一表示对所有磁矩取平均从对称酸缺和遍
13、历破缺理论的表述来看，自旋冻结状态不是力学平衡态，而是处于一亚稳态。但是对于自旋玻璃系统，不能用平均场理论来表示体系中的无数种组态(不是各态遍历的)。Edwards 和 Anderson 在他们的一篇先导性论文中采用了摹本(replica)理论，为解决这一复杂问题开辟了一条重要途径 t 埘。数学上有一个恒等式：123.5.13.5.1nzznn/1limln 0 如果考虑雕个不相关联的初始系统的摹本，求出它们的配分函数，将 n 看做连续变量，使一一 0 求极限。Edwards 和 Anderson 用如下的式子来定义描述从顺磁状态到冻结状态过程中的有序度交化：3.5.23.5.2)()(lim
14、lim00ttStSqttNtEA 当 TTf时，系统是各态遍历的，每一个自旋的方向均在瞬息万变， 中的时间平均值显然为零，更不用再对所有的自旋取平均了。当 T Tf时， Si（t0+t） ，（基本上在 SAt。)的方向上，两者的标量积是正值，对所有自旋取平均以后，qEA0。在 T=0 时，Si的方向完全不动，qEA达到最大值。13总总 结结由上所述，通过半个多世纪的研究，大家知道钙钛矿氧化物不但具有很大的应用价值，而且有非常丰富的物理性质，所以钙钛矿氧化物一直是人们广泛关注的一个研究体系。在研究过程中，人们已越来越认识到自旋玻璃性是钙钛矿锰氧化物中的一个本征性质，并且这个本征性质对钙钛矿氧化
15、物的其他物理性质的理解具有重要作用。由于自旋玻璃是自然界中许许多多复杂体系的代表，搞清楚自旋玻璃的特征和规律对认识其他复杂体系有触类旁通之功效。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、电荷和或轨道有序相，这些相具有明显的内禀不致性。目前我们对钙钛矿锰氧化物中的自旋玻璃性为认识还是不够深入，很多表征手段得出了样品的自旋玻璃性，但在具体认识上还有差异，另外，在用自旋玻璃性理解钙钛矿氧化物性质，及从磁矩的相互影响出发，探索钙钛矿氧化物中的一些新的性质，还有很多值得挖掘的地方。14参参 考考 文文 献献 1 段柏华，曲选辉，李云平, 等. J. 磁性材料及器件，2003，34（4）：36. 2 近角聪信著，葛世惠译，张寿
