固体所在强关联锰氧化物电子相分离调控方面取得新进展

2011-11-22 23:02 来源: 中国科学院
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  电子相分离是强关联锰氧化物材料研究中的一个热点问题,因为它与锰氧化物中的巨磁电阻效应和交换偏置效应的起源密切相关,而这两种物理效应对这类材料在自旋电子器件方面的实际应用至关重要。因此弄清楚电子相分离物理机制及实现人为调控不仅对于基础研究而且对于材料的器件化都是很有意义的。

  Pr1-xCaxMnO3具有典型的相分离行为,小角磁中子散射研究表明,在Pr0.67Ca0.33MnO3中在反铁磁绝缘态基体中存在纳米级铁磁金属态条纹。在外加磁场下,纳米级铁磁金属条纹长大,渗透,出现明显的铁磁转变。把材料纳米化以后,相分离随磁场如何演化?

  中科院合肥物质科学研究院固体所一室张涛、方前锋及王先平所在研究组,采用简单的磁测量方法,研究了块体和纳米级尺寸Pr0.67Ca0.33MnO3在不同磁场下的相分离演化行为。研究发现,其与块体材料具有不同的有趣物理现象:由于表面自旋的贡献,纳米级材料虽在小磁场下呈现出相对于块体较高的铁磁性,随磁场增加,铁磁区平缓的增加,磁化强度逐渐增大,但是并没有铁磁金属渗透发生,即直至6 T也没有反铁磁到铁磁突然转变发生。这种现象主要是来自表面和核壳界面自旋排列及其自旋耦合作用的影响。因为,在纳米材料中表面和界面自旋贡献很大,表面自旋相对于核自旋是无序的,且自旋耦合场很高(5×106 Oe),所以0-6T虽然可使核自旋排列出现类似块体转变,但只能逐渐地改变表面和界面自旋方向。另一个重要的现象是由于相对于核自旋来说,表面自旋扮演铁磁团簇的角色,因而增加了铁磁和反铁磁的界面区域,导致了在纳米颗粒中更大的交换偏置场。

  此研究结果发表在J. Phy. Chem. C(2011, 115 (40), pp 19482–19487),此研究课题得到国家自然科学基金项目资助。

块体和纳米颗粒的Pr0.67Ca0.33MnO3在不同磁场下的磁化强度随温度的变化关系

块体和纳米颗粒的Pr0.67Ca0.33MnO3的M-H曲线