稀土锰氧化物信息存储材料

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1、稀土掺杂钙钛矿锰氧化物材料在信息存储方面的应用摘要：综述了钙钛型矿锰氧化物的空间结构和电磁性能以及庞磁电阻效应。全文分三部分，首先对信息存储材料的应用和研究进展进行了阐述；然后重点对稀土掺杂锰氧化物作为一种高性能电磁存储材料的结构和电磁性能进行分析，描述巨磁电阻效应和低场磁电阻效应；最后，指出了该材料的优缺点。关键词：钙钛矿型锰氧化物，信息存储，庞磁电阻效应1.引言信息存储材料是指用于各种存储器的一些能够用来记录和储存信息的材料。这类材料在一定的强队的外场（如光、电、词或热等）作用下发生从某一种状态到另一种状态的突变，并能将变化后的状态保持较长的时

2、间。在当前的计算机系统中，信息的长期储存主要是通过磁记录和光记录技术实现的。磁记录技术虽已有40多年之久，但仍然是当今信息存储的主要方式，而硬盘驱动器则是计算机系统中最流行的信息存储设备。对读出磁头的革新是实现硬盘驱动器高密度、大容量和小型化这一趋势的关键。在过去的10多年，庞磁电阻(CMR)材料因其有趣的基本结构、电磁特性以及潜在的在磁存储、磁传感和磁制冷等方面有着诱人的应用前景，受到了很多关注。其中，具有庞磁电阻效应的稀土掺杂锰氧化物成为了凝聚态物理研究的重要领域。锰氧化物的载流子自旋极化率高,且在居里温度附近表现出很大的磁电阻效应,因此在信息

3、存储中有潜在的应用前景。2.钙钛矿锰氧化物结构钙钛矿锰氧化物具有钙钛矿型ABO3结构。理想的ABO3(A=RE和碱土金属，B=Mn)钙钛矿具有空间群为Pm3m的立方结构，如以A原子为立方晶胞的顶点，则氧和锰原子分别处在面心和体心位置，见图1所示。还可看到B原子处于O原子形成的八面体中。实际的ABO3。晶体都畸变成正交(orthorhombic)对称性或菱面体(rhombohedra1)对称性。发生畸变的原因主要是锰原子中的电子使氧形成的八面体发生畸变，通称为Jahn—Teller不稳定性畸变。它使态的简并解除。另一种可能性是由于A原子比B原子大，使

4、A—O层与B0层原子直径之和有较大差别引起相邻层不匹配所致。未掺杂的稀土锰氧化物多具有正交对称性，图2示出了LaMnO3的晶格结构。由于畸变使Mn-O间距由立方结构的0．197变成0.191，0.196和0.218nm。ABO3正交对称可具有两种类型，一种称O．orthorhombie(a＜c／√2，b)；另一种称为Dr-orthorhomblc(c／√2＜a，b)。LaMnO3属于后一种对称性。掺杂的稀土锰氧化物La1-xTxMnO3，由于出现Mn4+离子，其结构可能随掺杂量x的增加而从低对称性向高对称性转变。例如T=Ca，Sr和Ba时．Mn4+

5、随掺杂量增加而增加。图1：钙钛矿结构图2：LaMnO3的0一orthorhombic结构1.稀土掺杂锰氧化物电磁性能钙钛矿锰氧化物的电磁性能体现在其庞磁电阻效应上。磁电阻效应是指体系的电阻(率)因外加磁场而出现变化．一般定义MR=[ρ(0)-ρ(H)]/ρ(O)，ρ为样品的电阻率，H为外加磁场强度，正磁电阻时MR为负，而负磁电阻时MR为正。而庞磁电阻效应（colossalmagnetoresistance，CMR），是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。庞磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结

6、构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。锰氧化物要表现出CMR需两个外部条件，一是温度处于其居里点Tc附近，二是需要几特斯拉的较大外磁场，所以目前CMR更多是学术上的美丽，未能获得实际应用的青睐，因而探索CMR氧化物在室温低磁场下的低场磁电阻增强就变成我们工作的目标。研究发现，在较低温度T(<

7、阻(在几百高斯磁场下，MR～20％)，被称为低场磁电阻效应。CMR锰氧化物可以表示为Re1-xAxMnO3(Re为稀土元素La、Pr或Nd等，A为二价碱土离子Ca、Sr或Ba)。对LFMR效应的研究发现：①LFMR只发生在锰氧化物多晶样品中；②在T<

8、，而低温下的MR来源于晶粒边界处自旋极化散射(Spinpolar—izedscattering，SPS)。SPS的基本物理