la0．67sr0．33co1—xpexo3體系的輸運(yùn)行為

1、第 1 7卷 第 3期 2003 年 6 月材 料 研 究 學(xué) 報(bào) CH I NES E J oURNA LOFM ATERI A L SRES EARCH Vl 0 1 ． 1 7No ． 3J u n e2003La 0． 6 z S r 0．3 3 Co 1 - x F e x 03 體系的輸運(yùn)行為 劉 寧 ，孫 勇( 1 ． 中 國科學(xué)技術(shù) 大學(xué)結(jié)構(gòu)分析開放實(shí)驗(yàn)室2 ． 宿州師 范?？茖W(xué)校)摘 要 研究了 C o

2、位 F I e摻雜對 L a 0 ． 6 7 S r o ． 3 3 C O l 一F e0 3 體系的電輸運(yùn) 性質(zhì)和超大磁阻效應(yīng)的影響．實(shí) 驗(yàn)結(jié)果表明t 在低摻雜 (0 ． 1 ) 時(shí)電 阻率 表現(xiàn)出 金屬性輸運(yùn)行為， 在高摻雜 ( x = o ． 2和 0 ． 3 )時(shí)則為半導(dǎo)體行為． F I e摻 雜削弱了處的 MR 峰 值， 但增加了 低溫下 ( T 《 ) 的 MR 值．La o ．6 7 S r o ． 3 3 CO l 一

3、F e03體系的磁 電阻的起源可由外加磁場導(dǎo)致的 自 旋態(tài)轉(zhuǎn)變來解釋．關(guān)鍵詞 材料科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，C MR 效應(yīng)，固相反應(yīng)法，輸運(yùn)機(jī)制 分類號(hào) T B 3 4文章編號(hào) 1 0 0 5 - 3 0 9 3 ( 2 0 0 3 ) 0 3 - 0 2 7 6 - 0 5Tr a ns po r tbe ha vi o ri nLa 0． 6 7 S r o． 3 3 Coi 一Fe0 3s ys t e m L I U Ni n gS U

4、N Y0 n g( I ． S ~u c t u r cR e s e a r c hL a b o r a t o r y ， U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fC h i n a2 ． S u z h o uN o r m a lCo l l e g e 、S u p po r t e db yNa t i o n a lNa t u r a

5、 lS c i e n c eF o un d a t i o no fCh i n aN O ． 1 9 9 3 4 0 0 3 ．M a n u s c r i p tr e c e i v e dJ u l y1 5 ，2 0 0 2 ；i nr e v i s e df o r m J a n u a r y1 4 ， 2 0 0 3 ．T 0w h o m c o r r e s p o n d e n c es h o

6、u l db ea d d r e s s e d ． T e h ( 0 5 5 7 ) 3 6 8 0 2 0 9 ．E- ma i hl i u n i n g ． S Z S Z @1 6 3 ． c o r n AB S TRA CT Th ei n f l u e n c eo fF ed o p i n ga tCo - s i t eo nt h ee l e c t r i c a It r a n s p o r

7、tb e h a v i o ra n dt h ec o l o s s a Ima g n e t o r e s i s t a n c eo fL a o．6 7 S r o．3 3 C O l 一F eO3we r ei n v e s t i g a t e d ．Th er e s u l t ss h o wt h a tt h ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fL

8、a o ．6 7 S r o ．3 3 C O l 一 。 F e 。 O 3e x h i b i t sm e t a lb e h a v i o ri nl o w - d o p e d(0 ． 1 ) s a m p l e sa n ds e m i c o n d u c t i n gb e h a v i o ri nh i g h - d o p e d ( x = 0 ． 2a n d0 ． 3 ) s a m

9、p l e s ． F ed o p i n gw e a k e n st h eMRp e a kn e a rb u te n h a n c e st h el o w- t e mp e r a t u r eM R ． Th eo r i g i no fCM Ri nL a o．6 7 S r o ．3 3 C o 1 一 。 F e 。 O3s y s t e mc a nb ei n t e r p r e t e d

10、i nt e r mso ft h es p i n - s t a t et r a n s i t i o ni n d u c e d b ya p p l y i n gma g n e t i cf i e l d ．K EY W oR D Sf o u n d a t i o n a Id i s c i p l i n ei nma t e r i a l ss c i e n c e ， CM Re f f e

11、c t ． s o l i ds t a t er e a c t i o n 。 t r a n s -p o r tme c h a n i s m 含稀土類鈣鈦礦錳基氧化物 R一AMn O 3( R 為三價(jià)稀土離子，A 為二價(jià)堿土離子) 因在 居里溫度 附近表現(xiàn)出超大磁阻 ( C MR ) 效應(yīng)以及其它物理相變內(nèi)容而成為凝聚態(tài)物理和材料 學(xué)領(lǐng)域的前沿性研究對象之一． 目 前研究的重點(diǎn)大多集中在錳基 R一AMn O 3 體系，但在

12、鈣鈦 礦鈷基氧化物 R 1 一 ! ， A ! ， C o O 3 中 也發(fā)現(xiàn)了 C M R效應(yīng) [ 1 】 1 比 較典型的 是 L a 1 - y S rC o O 3 體系 【~ 9 】 ．L a C o O 3 中的鈷離子是變價(jià)的，熱激發(fā)可導(dǎo)致 自旋態(tài)的轉(zhuǎn)變 [ 1 0 , 1 1 】 ， 因此 L a 1 一S rC o O 3 體系的輸 運(yùn)特性受交換作用影響，也受 自旋態(tài)轉(zhuǎn)變的影響．F e 0 +離子具有幾乎同 C o 3

13、+ ／ C o 4 +離子相同的離子半徑，用 F e 。 +部分替代 c o 。 +對晶體結(jié)構(gòu)影響甚微，但在 C o - O面內(nèi)引入的 F e 3 +影響交 換作用和 自旋態(tài)的轉(zhuǎn)變．本文研究 L a 0 ． 6 7 S t 0 ． 3 3 C o 1 - z F e 。 0 3 體系的輸運(yùn)行為和 C MR效應(yīng)．國家 自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng) 目 N o ． 1 9 9 3 4 0 0 3 ． 2 0 0 2年 7月 1 5日 收到初稿； 2

14、0 0 3年 1月 1 4 日 收到修改稿 本 文聯(lián)系人：劉 寧，宿州市 2 3 4 0 0 0 ， 宿州師范?？茖W(xué)校 維普資訊 http://www.cqvip.com 2 7 8材 料 研 究 學(xué) 報(bào) 1 7 卷研究的溫區(qū)內(nèi)顯示 出半導(dǎo)體屬性，并且在低溫區(qū)符合可變程跳躍模型 ( V R H) 的 Mo t t 定律 ( 圖2 b ) ． 說明隨在 C o 晶位 F e 摻雜的增加，使

15、磁勢的無序程度增大，以至載流子被強(qiáng)烈的漲落勢束 縛在局域化狀態(tài)，形成了可變程躍遷的背景 [ 1 3 , 1 4 】 ． L a L 0 - 6 7 s r 0 ． 3 3 C O l 一 。 F e 。 0 3在磁場中的電阻率 在大部分溫區(qū)比零場時(shí)降低，導(dǎo)致負(fù)磁阻效應(yīng)．EU 喪葉 。 一、圖 2 在 0和 6T 磁場下 L a L 0 ． 7 S r o ． 3 C o i 一F e0 3 樣品電阻率與溫度的關(guān)系 F i g ．

16、 2R e s i s t i v i t yi nz e r oa n d6 Tma g n e t i cf i e l da saf u n c t i o no ft e mp e r a t u r e( a ) l o w - d o p e ds a m p l e s ， ( b ) h i g h - d o p e ds a mp l e s圖 3 表明，隨著 F e 摻雜的增加，在 附 近的 MR 值變小，在低溫下

17、 MR 的值增大．當(dāng) z = 0 ． 3時(shí)，MR 值隨溫度的降低而增加，且未 出現(xiàn)峰值．這與 L a 0 ． 6 z S r 0 ． 3 3 C O O 3母體或 L a 0 - 6 7 Ca 0．3 3 Mn 0 3 中的 F e 摻雜導(dǎo)致 附近出現(xiàn) MR峰值完全不同 【 3 ， ． 4 1 ， 說明 F e 摻雜后在低 溫區(qū)與 附近的 C MR機(jī)制不同， 也說明R ， A —C o - O體系與 A — MI 卜 O體系的輸運(yùn)行為是

18、不 同的 【 坫 】 ． 在 R 1 一AMn 0 3中，載流子輸運(yùn)的唯 一通道是 Mn 3 十 一 O - Mn ¨ ， 而 L a l - ~ S r = C o O3中載流子的輸運(yùn)通道有由變價(jià)引起的 C o 0 + ( L S ，t 2 g e 0 g ) - O - C o+ ( H S ， t 2 g e 9 2 ) 、 C o 3 + ( L S ， t i g e) 一O — C o+ ( I S ， t 2 g

19、 e g 1 )、C o 3 + ( I S ， t 2 g e g 1 )一 。 一C o 4 ~ ( L S ， t 2e 0) 通道和由自 旋態(tài)轉(zhuǎn)變引起的C o 3 + ( L S ， t 2 口 e 0 ) - O - C o 3 ~ ( I S ， t l 口 e) 、C o 4 + ( L S ，t 叁 9 e g 1 ) - 0 一 C o 4 + ( I S ， t 2 g e或H s ， te 2 g ) 通 道．圖

20、3L a 0 ． 7 S r o ． 3 C o l 一F e03 樣品的 MR 與溫 度之 間的關(guān)系 Fi g． 3De p e n de n c eo fM R o nt e m p e r a t u r ef o rL a o ． 7 S r o ．3 CO1 一z Fe z 03輸運(yùn)通道的多樣性導(dǎo)致電導(dǎo)率的提高．在 L a o - 6 7 S r 0 ． 3 3 C O O 3中，當(dāng)用 F e 在 C o 位摻雜時(shí)，雖然 時(shí)