场致排列CrO2复合材料电磁输运性质的研究

作     者：葛洪亮 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：隋郁

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：磁各向异性 磁致电阻 复合材料 

摘      要：半金属磁体具有两个不同的自旋子能带,仅一个自旋子能带在费米面上有传导电子,因此具有较高的自旋极化率。CrO2是最简单的铁磁性半金属,无论从理论还是从实验上分析都具有接近100%的自旋极化率,且居里温度高达392～396 K。因此,CrO2被认为是极具开发潜力的、理想的自旋电子器件的电极材料,并逐渐成为凝聚态物理的研究热点之一。同时,随着材料科学的发展,复合材料以其独有的特性受到国内外材料研究人员的关注。因为复合材料不仅保留原各组分的物理性质,而且可以通过改善边界条件改变各组分之间的耦合相互作用,显示出比单一组分更优越的性质。此外由于半金属是自旋完全极化的,用这种材料制成的隧道结将在低场具有明显的开关转换效应和较大的MR。如Dai等人的场致排列CrO2粉末实验在5K的低温下获得这种MR高达41%,但其温度依赖性很大,在室温下磁电阻很小。因此我们考虑将复合和场排技术二者综合探索一条较大的室温磁电阻的新路。 本文采用高分子聚合物包裹与场排综合技术制备了场致排列CrO2/Polystyrence(聚苯乙烯简称PS)的复合样品,并对体系的结构、磁性和电磁输运性质进行了详细的研究。通过对场致排列CrO2/PS复合样品与随机样品XRD的比较分析显示我们的复合排列样品具有明显的各向异性特征,PS的加入并没有改变晶体的结构。磁滞洄线分析显示磁场平行于样品的易磁化轴时样品的磁矩很容易饱且剩磁较大,垂直时样品的磁矩不容易饱且剩磁较小。 正负场下磁电阻随角度呈周期性变化,未加场时电阻几乎没有变化;而且正场下电阻率随角度变化规律与负场的电阻率随角度变化规律具有对称性。沿样品的易磁化轴测量磁电阻显示随着PS含量的增加,样品的低温磁电阻明显的提高,PS绝缘相使晶粒间绝缘势垒得到加强,更有利于自旋极化电子在晶粒间的隧穿,从而提高了低温下样品的磁致电阻值。对样品的电输运性质进行研究是发现零场电阻显示随PS含量增加而电阻明显增大,电导对温度表现出较强的依赖性,进一步分析发现复合样品的电导主要由两种导电通道构成:与温度呈指数关系的自旋相关的晶粒间的隧穿电导和与温度成幂指数关系的自旋无关跳跃电导。这两种电子输运机制具有不同的温度依赖性。低温时,前者对整个电导起主要作用;而高温时,后者占主导地位。