Structural, dielectric and magnetic properties of La0.55Sr0.45MnO3 polycrystalline perovskite

Machine learning for perovskite materials design and discovery

“…ABX 3 INORGANIC PEROVSKITES ABX 3 inorganic perovskite is one of the most active materials. The diversity and flexibility make them a wide variety, and also lead to many different material properties, such as ferroelectricity and piezoelectricity 47,48 . In many applications, these properties are unmatched by other known materials, which makes inorganic perovskites greatly important in various fields, such as magnetic refrigeration 49,50 , solid oxide fuel cells 51,52 , and photocatalysis 53,54 .…”

Effects of Al3+ Doping on the Structure and Electrical Transport Property of La0.8Sr0.2Mn1-xAlxO3

“…为凝聚态物理领域的研究热点之一 [1][2][3][4] [5] 。掺杂 Sr 有望调控 LSMO 材料形成结构稳定的 CMR 材料, 获得金属 绝缘相变温度在室温附近。 CMR 效应与磁场和温度 密切相关, 因此在较低的磁场和室温下很难获得显 著的 CMR 效应。 近年来, 许多研究小组在 La 1-x Sr x MnO 3 系统中 用磁性或非磁性元素取代 La 或 Mn, 期望得到更好 的 CMR 效 应 。 随 着 La 和 Mn 位 置 的 掺 杂 , Mn 3+ /Mn 4+ 离子比例、Mn-Mn 距离和 Mn-O-Mn 键 角均会被改变, 进而广泛影响系统的磁电性质。Liu 等 [6] 研究了 La 0.7-x Ho x Sr 0.3 MnO 3 的输运性质, 观察到 Ho 引起了 A 位平均离子半径和 Mn-O-Mn 键角减 小, 削弱双交换作用, 导致电阻率增加。Ngan 等 [7] 报道了 La 0.7 Sr 0.3 Mn 1-x Co x O 3 的电学性质, 证明其电 阻率数据符合变程跳跃模型, 且随 Co 掺杂浓度增 加, 跳跃距离缩短，且平均跳跃能量减小。Chu 等 [8] 在 La 0.67 Sr 0.33 MnO 3 中 La 位掺入 Ag 2+ , 使载流子带 宽变化, 获得了接近室温时 16.9%的相对电阻率温 度系数 TCR, 表明此类材料在高灵敏度红外传感器 上的应用潜力。目前为止, 对 Mn 位的磁性离子以 及 La 位离子取代已经进行了广泛的研究, 但对 Mn 位的非磁性离子取代研究较少且探究较为浅显。非 磁性离子在 Mn 位的掺杂效应非常重要, Mn 位掺杂 是修饰关键 Mn 3+ -O-Mn 4+ 网络的有效方法。通过改 变 Mn 3+ /Mn 4+ 离子之间的相互作用, 可以显著影响 双交换效应/离子网络, 反过来又在很大程度上影响 其物理性质以及 CMR。已有研究表明非磁性离子 Al 3+ 掺杂的 Pr 0.67 Sr 0.33 Mn 1-x Al x O 3 中电导率曲线符合 Jonscher 幂律, 且活化能随 Al 3+ 含量增大而增加 [9] 。 La 0.7 Sr 0.25 Na 0.05 MnO 3 中掺杂 Al 3+ 会在室温下产生较 大的磁热效应, 可用于磁制冷领域, 作为传统磁制 冷剂的替代品 [10] 。因此, 掺杂非磁性 作用和较强的 Jahn-Teller 效应 [6,11] 散射, 2)来自样品内杂质缺陷引起的电子散射, 3)晶 界对电子的散射作用。如表 1 所示, 随着 Al 3+ 掺杂 量增大, 平均晶粒尺寸从 42.3 nm 增大到 59.2 nm, 晶界占比减小使得晶界散射效应减弱, 从而使样品 的导电能力提高。这一预计结果与实验现象相反, 说明晶界散射不是影响 LSMAO 电输运的主导因 素。随着 Al 3+ 掺杂增大, 电阻率增大可能和两个因 素有关: 1)载流子浓度降低, Al 3+ 替代 Mn 3+ , 减少了 Mn 3+ 、Mn 4+ 载流子浓度, 破坏 Mn 3+ -O 2--Mn 4+ 双交 换通道, 导致载流子密度减小, 电阻率增大；2)磁无 序程度增大, Al 3+ 掺杂后在铁磁团簇中形成金属渗 流通道, 使金属相减少, 绝缘相增多, 进一步导致 电阻率的增大。大小不一的铁磁团簇无规则分布于 样品之中, 而不同尺寸的团簇具有不同的金属绝缘 相变温度, 对磁场的响应也不同。 故外加磁场后, 金 属绝缘相变的峰宽变大。 此外, 在磁场条件下, 电阻 率减小可能是由于磁场的应用导致磁矩的局部有序 化。由于这种有序性, 铁磁金属状态抑制顺磁绝缘 状态, MIT 向高温区域移动。在空穴掺杂的 LaMnO 3 化合物中也观察到类似现象 [13][14] 。 为研究样品的微观导电机制, 对样品的电输运 数据进行拟合(如图 3)。在低温金属相区域, 钙钛矿 锰氧化物系统的电阻率主要与不同的散射机制有关, 包括晶界散射、电子-电子散射、电子-声子散射、 电子-磁振子散射 [15][16] 。 不同散射机制对电阻率贡献 的相对强度尚不清楚。用不同的电阻率表达式来拟 合低温下的传导机制。低温区的唯象方程一般为温 度的幂函数, 对 x=0 和 0.05 样品的金属相部分用公 式(1)进行拟合。…”