稀土掺杂锰氧化物庞磁电阻效应

过去十多年来,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,因此在自旋电子学中有潜在的应用前景。另一方面,锰氧化物是典型的强关联电子体系,它对目前有关强关联体系的认识提出了很大挑战。本文综述了锰氧化物的各种性质及其物理原因。全文首先概述了锰氧化物的庞磁电阻效应及其晶格和电子结构,简单介绍了其他一些庞磁电阻材料;随后综述了锰氧化物的电荷/轨道有序相及其输运性质;在第四部分简单介绍了锰氧化物中庞磁电阻效应的机制;最后讨论了锰氧化物的一些可能的应用,如低场磁电阻效应、磁隧道结、磁p＿n结以及全钙钛矿的场效应管和自旋极化电子注入装置等。     

稀土锰氧化物的低场磁电阻效应

具有庞磁电阻效应的掺杂稀土锰氧化物因为其高的自旋极化率和自旋极化输运行为而表现出显著的低场磁电阻效应。这一效应在氧化物自旋电子学中有着深远的潜在应用前景。本文综述了国内外近年来在锰氧化物低场磁电阻增强这一研究领域的进展和存在的一些问题。全文分三个部分，首先概述了基于自旋极化散射和自旋极化隧穿两种输运机制的磁电阻理论；然后重点介绍掺杂稀土锰氧化物低场磁电阻增强的主要研究进展，这些进展背后的基本物理图象是通过人为引入自旋无序介质形成自旋极化散射和自旋极化隧穿，从而增强其低场磁电阻；第三部分讨论了基于掺杂稀土锰氧化物的磁性隧道结制备和输运性质。本文最后提出了锰氧化物低场磁电阻增强研究应该关注的一些物理问题。     

自旋输运和巨磁电阻--自旋电子学的物理基础之一

介绍磁性纳米结构和锰氧化物中电子的自旋极化输运和巨磁电阻效应，它们是新近发展的自旋电子学的物理基础之一．着重讨论的是以下三方面的基本物理图像：磁多层结构的巨磁电阻，铁磁隧道结的隧穿磁电阻，掺杂锰氧化物的庞磁电阻效应．     

磁电子学中的若干问题

本文综述了自旋极化输运过程中巡游电子的自旋极化、自旋相关的散射及自旋弛豫等三方面的内容；全面总结了铁磁金属的磁电阻效应（ＡＭＲ）、磁性金属多层膜和颗粒膜的巨磁电阻效应（ＧＭＲ）、氧化物铁磁体的特大磁电阻效应（ＣＭＲ）以及磁隧道结的巨大隧道电阻效应（ＴＭＲ）研究中具有代表性的实验结果及理论模型；简单介绍了新生的磁电子器件—磁电阻型随机存取存储器（ＭＲＡＭ）和全金属自旋晶体管的工作原理和工作过程。     

高自旋极化氧化物材料的颗粒边界磁电阻效应

颗粒边界磁电阻是高自旋极化氧化物颗粒体系中由于颗粒边界的存在而导致显著的磁电阻效应。本文将这种磁电阻效应定义为颗粒边界磁电阻效应。这里所说的颗粒边界,包括各种自然和人工晶界、粉末颗粒表面、复合材料中的颗粒界面等多种情况;所涉及的材料包括高自旋极化氧化物多晶、压缩粉末和各种复合材料等。对颗粒边界磁电阻效应的研究,不仅有助于人们进一步理解高自旋极化氧化物磁输运性质的基本机制,并为寻求具有高磁电阻效应的新型自旋电子学器件提供理论基础。本文综述了高自旋极化氧化物颗粒边界磁电阻研究的主要背景和发展现状,介绍了该领域中主要的实验发现和理论模型,展望了未来的发展。     

高自旋极化氧化物材料的颗粒边界磁电阻效应

颗粒边界磁电阻是高自旋极化氧化物颗粒体系中由于颗粒边界的存在而导致显著的磁电阻效应。本文将这种磁电阻效应定义为颗粒边界磁电阻效应。这里所说的颗粒边界,包括各种自然和人工晶界、粉末颗粒表面、复合材料中的颗粒界面等多种情况;所涉及的材料包括高自旋极化氧化物多晶、压缩粉末和各种复合材料等。对颗粒边界磁电阻效应的研究,不仅有助于人们进一步理解高自旋极化氧化物磁输运性质的基本机制,并为寻求具有高磁电阻效应的新型自旋电子学器件提供理论基础。本文综述了高自旋极化氧化物颗粒边界磁电阻研究的主要背景和发展现状,介绍了该领域中主要的实验发现和理论模型,展望了未来的发展。     

逾渗驱动的高自旋极化氧化物材料磁电阻增强效应——网络效应与调控

锰氧化物具有内禀的多尺度非均匀性,这与同时活跃的多个自由度——自旋、电荷、晶格和轨道——非线性耦合,以及多种相互作用的共存密切相关。更重要的是,这种极为特殊的物理现象可能是庞磁电阻效应的微观起源——铁磁金属相在磁场作用下的逾渗而驱动的磁电阻效应。另一方面,在某组分导电逾渗阈值附近的磁电阻显著增强效应,是高自旋极化氧化物颗粒体系所具有的普遍现象之一。因此,针对各种高自旋极化氧化物的非均匀和颗粒复合体系,逾渗驱动磁电阻增强效应的研究具有重要的学术意义和应用价值,其中输运网络理论为重要的理论研究。在充分认识电磁输运微观机制的基础之上,通过调控输运网络的结构,探讨逾渗驱动磁电阻增强的必要条件,可以找出实现可控性高且幅值较大的磁电阻的新途径、新方法。本文主要基于电阻网络模型,综述高自旋极化氧化物材料中多相共存体系的磁输运性质研究的主要背景和发展现状,充分结合相关的实验结果,介绍逾渗驱动磁电阻效应增强的物理机制,以及各类电输运网络的构建,并展望未来的发展。     

逾渗驱动的高自旋极化氧化物材料磁电阻增强效应——网络效应与调控

锰氧化物具有内禀的多尺度非均匀性,这与同时活跃的多个自由度--自旋、电荷、晶格和轨道--非线性耦合,以及多种相互作用的共存密切相关.更重要的是, 这种极为特殊的物理现象可能是庞磁电阻效应的微观起源--铁磁金属相在磁场作用下的逾渗而驱动的磁电阻效应.另一方面,在某组分导电逾渗阈值附近的磁电阻显著增强效应,是高自旋极化氧化物颗粒体系所具有的普遍现象之一.因此,针对各种高自旋极化氧化物的非均匀和颗粒复合体系,逾渗驱动磁电阻增强效应的研究具有重要的学术意义和应用价值,其中输运网络理论为重要的理论研究.在充分认识电磁输运微观机制的基础之上,通过调控输运网络的结构,探讨逾渗驱动磁电阻增强的必要条件,可以找出实现可控性高且幅值较大的磁电阻的新途径、新方法.本文主要基于电阻网络模型,综述高自旋极化氧化物材料中多相共存体系的磁输运性质研究的主要背景和发展现状,充分结合相关的实验结果,介绍逾渗驱动磁电阻效应增强的物理机制,以及各类电输运网络的构建,并展望未来的发展.     

磁电子学讲座 第八讲 磁电子学——一门新型交叉学科

简要介绍磁电子学的基本概念、研究对象、应用背景．重点介绍自旋极化电子在人工结构材料中的一些特殊输运性质，例如，巨磁电阻效应、磁隧道效应、自旋极化电子的注入效应、沟道效应，以及依据这些效应和特性做成的各种新型电子器件的原理，例如，计算机磁头、磁随机存储器（ＭＲＡＭ）、自旋开关三极管、铁电场效应三极管、电流放大器和逻辑元件等．     

磁电子学中的若干问题

本文综述了自旋极化输运过程中巡游电子的自旋极化、自旋相关的散射及自旋弛豫等三方面的内容;全面总结了铁磁金属的磁电阻效应（ＡＭＲ）、磁性金属多层膜和颗粒膜的巨磁电阻效应（ＧＭＲ）、氧化物铁磁体的特大磁电阻效应（ＣＭＲ）以及磁隧道结的巨大隧道电阻效应（ＴＭＲ）研究中具有代表性的实验结果及理论模型;简单介绍了新生的磁电子器件—磁电阻型随机存取存储器（ＭＲＡＭ）和全金属自旋晶体管的工作原理和工作过程。     

锰氧化物相竞争的理论研究

锰氧化物属于典型的强关联电子材料,具有包括庞磁电阻、电荷/轨道有序、电子相分离、多铁性等奇特的物理特性。这些现象涉及一系列凝聚态物理学基本问题,是近年来研究者一直关注的热点和难点。并且这些奇异的电磁性质也为开发量子调控器件提供了基本素材。虽然近20年来对锰氧化物的研究取得了丰硕成果,全世界的研究者仍在为理解并应用其特性作着孜孜不倦的努力。本综述将主要从理论角度,重点关注钙钛矿结构锰氧化物中多种相竞争和调制。由于有着多种竞争相互作用和多重量子自由度,锰氧化物有着丰富的相,这些相物理特性迥异,而自由能却可能相当接近。因此,自发或人为调制导致的相竞争是锰氧化物研究的一个核心问题,也是整个强关联物理领域中一个很有意义的课题。本综述将以电致电阻、多铁性和异质结界面处电子重组这三个具体实例,介绍如何采用蒙特卡罗模拟等方法研究其中的相竞争和调制。     

Metal–insulator transition and colossal magnetoresistance: relevance of electron–lattice coupling and electronic phase separation

In this article, we review the insulator–metal transition and the colossal magnetoresistance effect in manganites. The relevance of electron–lattice coupling and the resulting Jahn–Teller polaron is elaborated. The general features of electronic phase separation, which results from disorder and strain effects, are discussed along with electron–lattice coupling effects. Although a comprehensive theory is still lacking that can account for all the intricate features of manganite physics, electronic-phase separation and electron–lattice coupling appear to capture the essence of the colossal magnetoresistance effect in manganites.     

Photo-induced effect in the layered perovskite manganite La_(1.2)Sr_(1.8)Mn_(1.8)Co_(0.2)O_7

1IntroductionWiththediscoveryofcolossalmagnetoresistance(CMR)effectinmanganites,hole-dopingperovskitemanganiteswithunusualelectronictransportandmagneticpropertieshaveattractedconsiderableattention.Thesepropertiesresultfromanintrinsicinteractionbetweencharge,spin,orbitalandlatticedegreesoffreedomthatarestronglycoupledtoeachother[1—6].DoubleexchangemodelcombinedwithJohn-Tellereffectwasusedtoexplainthesepropertiespartly[7—9].InordertogetbetterunderstandingofthemechanismofCMReffect,externals…     

Colossal magnetoresistive manganites

Magnetoelectronic features of the perovskite-type manganites are overviewed in the light of the mechanism of the colossal magnetoresistance (CMR). The essential ingredient of the CMR physics is not only the double-exchange interaction but also other competing interactions, such as ferromagnetic/antiferromagnetic superexchange interactions and charge/orbital ordering instabilities as well as their strong coupling with the lattice deformation. In particular, the orbital degree of freedom of the conduction electrons in the near-degenerate 3d e_g state plays an essential role in producing the unconventional metal–insulator phenomena in the manganites via strong coupling with spin, charge, and lattice degrees of freedom. Insulating or poorly conducting states arise from the long or short-range correlations of charge and orbital, but can be mostly melted or turned into the orbital-disordered conducting state by application of a magnetic field, producing the CMR or the insulator–metal transition.     

Emergent phenomena in manganites under spatial confinement

It is becoming increasingly clear that the exotic properties displayed by correlated electronic materials such as high Tc superconductivity in cuprates,colossal magnetoresistance(CMR) in manganites,and heavy-fermion compounds are intimately related to the coexistence of competing nearly degenerate states which couple simultaneously active degrees of freedom-charge,lattice,orbital,and spin states.The striking phenomena associated with these materials are due in a large part to spatial electronic inhomogeneities,or electronic phase separation(EPS).In many of these hard materials,the functionality is a result of the soft electronic component that leads to self-organization.In this paper,we review our recent work on a novel spatial confinement technique that has led to some fascinating new discoveries about the role of EPS in manganites.Using lithographic techniques to confine manganite thin films to length scales of the EPS domains that reside within them,it is possible to simultaneously probe EPS domains with different electronic states.This method allows for a much more complete view of the phases residing in a material and gives vital information on phase formation,movement,and fluctuation.Pushing this trend to its limit,we propose to control the formation process of the EPS using external local fields,which include magnetic exchange field,strain field,and electric field.We term the ability to pattern EPS "electronic nanofabrication." This method allows us to control the global physical properties of the system at a very fundamental level,and greatly enhances the potential for realizing true oxide electronics.     

Electronic correlations in manganites

The influence of local electronic correlations on the properties of colossal magnetoresistive manganites is investigated. To this end, a ferromagnetic two-band Kondo lattice model is supplemented with the local Coulomb repulsion missing in this model and is analyzed within dynamical mean-field theory. Results for the spectral function, optical conductivity, and the paramagnetic-to-ferromagnetic phase transition show that electronic correlations have drastic effects and may explain some experimental observations.     

Development of new materials for spintronics

This article presents a review of the state of the art of materials used in spintronics. It is devoted to materials exhibiting novel and exciting electronic properties: manganites, double perovskites, spinel ferrites and diluted magnetic semiconductors. We present the main features of these classes of materials as well as the most important solid state physics results obtained from them in the field of spintronics. To cite this article: J. Cibert et al., C. R. Physique 6 (2005).     

Photo-induced effect in the layered perovskite manganite La<Subscript>1.2</Subscript>Sr<Subscript>1.8</Subscript>Mn<Subscript>1.8</Subscript>Co<Subscript>0.2</Subscript>O<Subscript>7</Subscript>

It is helpful to study the photo-induced effect in the perovskite manganites not only for elucidating the mechanism of colossal magnetoresistance (CMR) effect but also for potential applications in technology. The laser-induced effect in the Co doping layered perovskite manganites La_1.2Sr_1.8Mn_1.8Co_0.2O₇, is studied in this paper and the obtained results are also compared with that gained in the Nd-doping manganites with cubic perovskite structure.