纳米尺度钙钛矿锰氧化物中电荷有序及相分离研究

钙钛矿锰氧化物中的电荷有序和相分离现象与庞磁阻效应密切相关，对其行为和微观机制的理解已成为当前钙钛矿锰氧化物研究的核心问题之一。本项目选择具有电荷有序基态和具有铁磁金属与电荷有序绝缘相共存基态的两类钙钛矿锰氧化物作为主要研究对象，采用溶胶-凝胶的化学方法，制备具有纳米晶粒尺寸的系列样品。通过详细、系统的结构、磁和输运行为的测量,研究其在纳米尺度下的结构和物性特征。着重关注电荷有序和相分离在纳米尺寸样品中的演变情况，探索纳米尺寸对电荷有序和相分离的调控规律。并从纳米尺寸样品中结构、微结构及电荷、自旋和轨道分布特征的演化情况探讨它们与电荷有序和相分离之间的内在联系，为深入理解钙钛矿锰氧化物中电荷有序和相分离的形成机制及庞磁阻效应奠定一定的实验和理论基础。同时，期待在这些纳米尺寸样品中发现新的现象和新的物理，进一步丰富钙钛矿锰氧化物功能材料在磁电子学上的应用前景。

对钙钛矿锰氧化物中电荷有序和相分离行为及其形成机制的理解已成为当前庞磁阻锰氧化物研究的核心之一。本项目以具有电荷有序态和铁磁金属与电荷有序绝缘相共存的钙钛矿锰氧化物作为主要研究对象，采用溶胶-凝胶的化学方法制备具有纳米晶粒尺寸的系列样品。通过系统的结构和磁电物性表征,研究了体系中电荷序和自旋序在纳米尺度下的演变规律，并探讨了其微观物理机制。经过三年来研究工作的开展，取得了多项有意义的研究进展和成果: 通过分析不同尺寸Nd0.5Ca0.5MnO3纳米颗粒的磁性质、电子顺磁共振谱和红外谱，我们发现尺寸减小会导致体系中长程电荷有序转变减弱并最终消失，但是该转变的消失并不意味着电荷有序关联的消失，体系中依然存在着短程电荷有序。进一步的研究揭示了体系中纳米尺寸对微观电荷关联和自旋关联的调控规律；在Sm0.5Sr0.5MnO3体系的纳米颗粒样品中发现了尺寸减小导致的二级铁磁相变和短程铁磁Griffiths相，阐明了该纳米尺寸效应起源于尺寸减小导致的反铁磁相互作用的减弱；揭示了尺寸减小导致的短程铁磁Griffiths相在其他多种于长程铁磁转变温度上具有非Griffiths相特征短程铁磁态的过渡金属氧化物中也普遍存在；在结合我们的研究结果及当前研究现状的基础上，建立了具有不同A位离子半径的半掺杂钙钛矿锰氧化物纳米材料的磁相图，基于该磁相图提出了尺寸减小伴随的表面自旋无序增多可能是尺寸调控半掺杂锰氧化物中自旋序和电荷序的微观机制；发展了一种简易非水相sol-gel方法合成了系列La1-xCaxMnO3纳米颗粒，并对比研究了具有不同电荷有序态的La1-xCaxMnO3体系在纳米尺度下的磁行为，发现它们具有非常相似的铁磁性质，对这一现象并给出了合理解释；阐明了双钙钛矿La2NiMnO6体系中短程铁磁态的本征起源，并在La1-xCaxCoO3体系中发现了Griffiths相特征的短程铁磁态，重构了该体系的磁相图。上述研究结果已分别在J. Phys. Chem. C、Appl. Phys. Lett.、J. Appl. Phys.等国际权威期刊上发表SCI论文9篇，研究工作发表后受到国内外同行的广泛关注，至今已共被引用36次。