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反钙钛矿结构化合物与钙钛矿结构氧化物具有相似的晶体结构,但由于过渡族元素在两者单胞中所处的位置恰好相反,从而导致两者的物性迥然不同。由于其丰富的物理性质和潜在的功能属性,受到人们的关注。本论文选取Ga位掺杂的反钙钛矿结构化合物Ga1-x(Zn,Sn,Si)xCMn3为研究对象,研究A位掺杂对该类化合物各种物性的影响,总结递变规律,建立适当模型解释实验结果,并探索新型的功能属性材料。具体内容如下:
(1)详细研究了Ga位Zn掺杂对GaCMn3的晶体结构,磁性质和电输运行为的影响。结果发现,随掺杂量x的增加,晶格参数α和居里温度Tc逐渐增加:饱和磁化强度先逐渐较小(x≤0.20)后增大;基态反铁磁(AFM)态逐渐被抑制,超过临界浓度后转化为铁磁中间(FI)态。研究Zn掺杂对GaCMn3磁热效应的影响,在AFM-FI相变附近存在负磁热效应,在铁磁(FM)-顺磁(PM)相变附近存在正磁热效应。电输运研究发现,在AFM-FI相变附近存在可调的磁电阻(MR)效应,MR的峰值随x的增加而增加;当x=0.20时,MR达到最大值(50 kOe时峰值约为75％,峰值温区可达80K);而且发现MR.值对磁化历史强烈依赖。
(2)详细研究了Ga位Sn掺杂对GaCMn3的晶体结构,磁性质和电输运行为的影响。在低掺杂区,随掺杂量x的增加,铁磁作用逐渐被抑制;在高掺杂区,低温区出现了铁磁团簇;且铁磁相互作用随掺杂量增加而增强,直至基态转变为稳定的FM相。Ga位Sn掺杂有效调控了GaCMn3的磁电阻效应:在低掺杂区,磁电阻类似于GaCMn3,磁电阻与温度关系呈“平台”形状;在高掺杂区,磁电阻类似于SnCMn3,存在正磁电阻效应,而且磁电阻的峰值随掺杂量的增加而增加;在中间组分的样品中观测到随温度变化发生了正负磁电阻效应渡越的现象。
(3)详细研究了Ga位Si掺杂对GaCMn3的晶体结构,磁性质和电输运行为的影响。Si掺杂导致居里温度Tc和饱和磁化强度都随掺杂量x的增加而逐渐增加;当掺杂量超过特定值后,低温AFM相转化为FI相。Ga位Si掺杂有效调控了GaCMn3的磁电阻效应:磁电阻与温度关系呈“平台”形状;50kOe时,随掺杂量的增加,MR峰值增大,峰值宽度变宽;当x=0.05时,MR峰值约为60%。先前的研究表明,该体系化合物的MR效应可能源于相变处费米面的重构。