摻雜MnO2的龐磁電阻效應(yīng)(CMR)

物理專業(yè)實驗摻雜MnO2的龐磁電阻效應(yīng)（CMR）一、實驗?zāi)康耐ㄟ^對摻雜MnO2樣品的CMR的實際測量，加深對CMR特性的理解；了解當前凝聚態(tài)物理的前沿課題。二、實驗原理1．磁電阻（MR）效應(yīng)簡介磁電阻效應(yīng)是指材料對磁場的響應(yīng)導致電阻的變化。所有的非磁性金屬都具有內(nèi)稟的磁電阻。其產(chǎn)生機制是：作用與運動的電子上的磁場將長生洛倫茲力，導致電子或沿電流方向成螺旋線進動或發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而增加了傳導電子的散射截面，故使其電阻增大。普通的非此金屬如Cu、Ag、Au等的MR效應(yīng)一般小，大約在1%-2%，且為正磁電阻，即在外磁場下電阻增大。普通金屬的MR具有明顯的各向異性，即MR取決于電流I與磁場H間的相對取向。磁場對能帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬的影響比對單價金屬大。在低溫下，純金屬的ρo鐵磁金屬的電阻率------溫度關(guān)系可以表示為:QUOTEρT=ρo------------（1）公式中為剩余電阻率，在0K下由晶格的欠完美性（雜質(zhì)、晶格缺陷等）對電子的散射給定，與溫度無關(guān)。是在有限溫度下，晶格振動（聲子）的散射貢獻。在低溫下與溫度T3～5成比例，在德拜溫度以上與T成正比。ρm是傳導電子受磁矩無序散射對電阻的貢獻，是鐵磁金屬所特有的，與溫度有關(guān)，具有復(fù)雜的源機制。廣義地講，電子輸運與磁性間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，由傳導電子的磁矩（自旋）的散射機理所決定，涉及磁性體的能帶結(jié)構(gòu)、磁矩的局域性、巡游性等電子間的相互作用，具有復(fù)雜的溫度、磁場依賴關(guān)系。20世紀80年代相繼發(fā)現(xiàn)了銅氧化物的高溫超導現(xiàn)象，錳氧化物的金屬-絕緣體相變，這些體系都伴生一系列基于已由理論無法解釋的反常物性，特別是GMR（巨磁電阻）、CMR（龐磁電阻）等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使傳導與磁性間的關(guān)聯(lián)成為當今凝聚態(tài)物理的核心課題之一。據(jù)悉，這個領(lǐng)域的兩位創(chuàng)始人將獲今年的物理學諾貝爾獎。電磁阻（MR）通常依下式定義：≡-------（2）式中——有磁場時的電阻率——QUOTEρ（O）無磁場時的電阻率錳氧化物的龐磁電阻效應(yīng)（CMR）人們在20世紀50年代就合成了鈣鈦礦型錳氧化物，并在A位摻雜，并發(fā)現(xiàn)異常大的負的磁電阻效應(yīng)。在理論方面發(fā)展了雙交換模型。由于鈣鈦礦錳氧化物是個異常復(fù)雜的強關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)，精確的把握是極困難的，目前主流觀點認為：該系統(tǒng)總的相互作用可以用以下的哈密頓量來表示：（P241）-------（3）式中電子躍遷動能為電子自旋與軌道間的相互作用；為反鐵磁超交換作用為電子—聲子相互作用；為電子的位內(nèi)相互作用。這些相互作用表明，錳氧化物是強關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，其最后結(jié)果是導致了該系統(tǒng)發(fā)生了絕緣體-----金屬的一級相變（MI）。（p258詳細的理論分析可參考講義后面所附的參考文獻。三、實驗儀器索爾文制冷機控溫儀精密穩(wěn)流電源4位半數(shù)字毫伏表電磁鐵樣品：La0.8Sr0.2MnO3多晶。四、實驗內(nèi)容1、按圖一所示連接電路（四線法）恒流源10mA恒流源10mA100Ω圖一測量原理圖