磁性离子掺杂对锰氧化物和铜氧化物的影响

高温超导材料和庞磁电阻材料锰氧化物同属于强关联电子体系，特别是铜氧化物超导体和锰氧化物之间结构上十分相似，因而对两类材料开展对比研究有望揭示出这两大体系之间存在的关联，对解开这两大效应的物理机制提供进一步的线索。本项目将利用输运性质测量和同步辐射X射线吸收、X射线光电子能谱、磁性圆二色以及磁性线二色等实验技术，结合理论分析，研究多个高温超导材料样品以及多个锰氧化物多晶样品的晶格结构、离子磁矩状态和电子结构，研究磁性离子掺杂引起的样品晶体结构和电子结构随掺杂离子的价态、半径以及离子磁矩的变化关系，分析该类高温超导材料中超导电性与磁有序化（反铁磁序）共存的物理机理、锰氧化物中的磁性问题以及部分锰氧化物等样品中Griffiths相反常的物理原因，探寻这两类材料中的一些共同本质。并为庞磁电阻氧化物和超导材料在电子、信息等领域的进一步应用提供物理依据。

本项目按照计划书中的研究内容和研究目标开展了相关研究，特别是针对Griffiths相存在的问题开展了研究。在文献中有报道称，单晶La0.79Ca0.21MnO3 和La0.8Ca0.2MnO3 虽然在组分上相差很微小， 但两者的宏观物理性质上却有很大差异， 前者在磁性上存在Grigffiths 相， 而后者不存在， 但两者又都存在CMR效应， 因而引出了Griffiths相是否是CMR效应的先决条件的问题， 同时也提出了另一个问题，即Griffiths 相究竟与哪些因素相关？ 考虑到Griffiths 相本是在顺磁本底上无序分布着一些铁磁团簇，因而我们提出了一个问题：材料的结晶状态的无序是否对Griffiths相的存在有影响？ 研究发现答案是肯定的， 这一结果已经发表。我们还研究了Sr掺杂在La位、Ca掺杂在La位以及Cu掺杂在Mn位对材料磁性的影响； 研究了在不同温度下退火样品Griffiths相的变化，氮气氛下退火对样品Griffiths相的影响。研究结果发现，对于掺Sr和掺Ca的样品，Jahn-Teller畸变基本相同，但样品结构的无序度却相差较大，而前者无Griffiths相，而后者有，因而得出结论Jahn-Teller畸变不是Griffiths相产生的充分条件；在氮气氛下退火的样品有着更大的无序度，但Griffiths相却消失了，说明局域结构的无序度对于Griffiths相的存在与否不起决定性的作用；在更高温度下空气中退火，样品的无序度最高，但却没有表现出Griffiths相，进一步说明局域结构的无序度对Griffiths相不起主要作用，而磁性离子的分布或相互作用（如顺磁、铁磁及反铁磁之间的竞争）可能起着主要作用。此外， 我们还研究了Na掺杂在La位以及Dy掺杂在Mn位对材料的影响； 稀磁半导体ZnO:Co中的局域结构研究， 对XAFS 实验结果进行了拟合， 分析了室温铁磁性的可能来源；还研究了多铁性材料BiFeO3掺Co后的局域结构，分析了掺杂后样品磁性质显著提高的物理本质；相关结果已经在国际会议上报道了。本项目已经发表了SCI和EI论文19篇， 有12 篇论文在国际学术会议上发表，申请了两项国家专利，其中一项已经批准。