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钙钛矿锰氧化物中电子相分离与多铁性行为研究
摘要
钙钛矿锰氧化物因其独特的电子相分离和多铁性行为而备受关注。本文从电子相分离和多铁性行为两个方面介绍了钙钛矿锰氧化物的研究现状和展望，并系统地讨论了影响其电子相分离和多铁性行为的因素。未来研究应该深入探究其电子相分离和多铁性行为的机理，以及如何利用这种特殊性质来开发新的器件。
关键词：钙钛矿锰氧化物；电子相分离；多铁性行为；机理探究；应用前景
Abstract
Perovskitemanganiteoxideshaveattractedmuchattentionduetotheiruniqueelectronicphaseseparationandmultiferroicproperties.Thispaperintroducestheresearchstatusandprospectsofperovskitemanganiteoxidesfromtwoaspectsofelectronicphaseseparationandmultiferroicbehavior,andsystematicallydiscussesthefactorsaffectingtheirelectronicphaseseparationandmultiferroicbehavior.Futureresearchshouldinvestigatethemechanismoftheirelectronicphaseseparationandmultiferroicbehavior,andhowtotakeadvantageofthesespecialpropertiestodevelopnewdevices.
Keywords:perovskitemanganiteoxides;electronicphaseseparation;multiferroicbehavior;mechanisminvestigation;applicationprospect
1.引言
钙钛矿锰氧化物因为在狭义温度和组成范围内表现出电子相分离和多铁性行为而备受关注。狭义温度通常定义为Tcoupl，即由抗极相和铁磁相组成的呈现高度耦合加热相和冷却相的转变温度。在Tcoupl以下，电子相分离（EPS）和多铁性（MF）是广泛存在的，并且在绝大多数磁性钙钛矿中都发现了这种行为[1-3]。EPS指的是在双峰（AFM/CM）相下单个氧化物可以具有两种不同的电子状态，例如La1-xCaxMnO3（x=0.2，0.3）中，Mn4+和Mn3+会分别存在于铁磁相和抗磁相中[4]。然而，与单纯的双峰相不同，具有EPS的材料通常表现出CM或AFM区域的尺寸分布，称为局域相分离（LPS）。MF是指材料同时表现出电荷有序，磁有序和结构有序的行为。Dzyaloshinskii和Moriya最早描述了自发极化随着磁性的存在而出现的基本机制[5]。
目前，EPS和MF的基础理论研究一直在持续发展。近年来，学者们广泛关注EPS和MF行为的物理机制，并通过思考采用控制它们以创造新型材料的方法[6]。在本文中，我们将特别重点介绍钙钛矿锰氧化物EPS和MF行为的研究现状和发展趋势，并探讨影响其EPS和MF行为的因素，旨在为未来深入探究其基本机制和开发新型器件提供新思路。
2.钙钛矿锰氧化物中的电子相分离
钙钛矿锰氧化物显示出丰富的电子输运行为，如极化、电阻和磁电耦合[7-9]。深层次地理解这些奇特的电子性质对设计新型电子器件具有重要意义。而作为一种典型的多线条，基于自旋电子簇的理论框架能够很好地解释EPS和LPS行为[10-13]。
在大气压下，Mn3+和Mn4+离子在间隙位和氧八面体中周围的配位轨道进行混合占据d轨道的能级。这导致d轨道的部分填充处于Mn4+和Mn3+之间的状态，并导致电子激发效应。通过两种不同的中子散射方式（平均结构和局部结构），已经确定了Mn3+和Mn4+的问题位置[14-16]。在LSMO中，因为这种混合在所有组元间都存在，Mn4+有可能形成CM区域。因此，当Mn3+和Mn4+组成La0.5Sr0.5MnO3（LSMO）时，会在其铁磁相中显示出单铁磁相的能力，属于EPS方位[17]。类似地，在某些化合物或化合物系中也观察到了类似行为，例如Pr1-xCaxMnO3，Gd1-xCaxMnO3和Nd1-xSrxMnO3[18]。此外，铁磁相和抗磁相中的多电子轨道构型（eg）可能会对EPS的行为产生影响[19]。例如，从1：1比例的Mn3+和Mn4+氧八面体计算[20]，在铁磁有序相中的Mn4+和Mn3+处导致中等的Jahn-Teller畸变。进一步提高固溶度可能导致β相和新的锰氧化物拉曼激子模式的出现[21,22]。
3.钙钛矿锰氧化物的多铁性
钙钛