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近年来，半金属磁性氧化物由于其所具有的在自旋电子学器件的潜在应用前景而吸引了学术界的广泛注意。这类磁性氧化物在费米能级处只具有一个自旋子带，因此具有接近于100％的自旋极化率。典型的材料有：NiMnSb、CrO2、Sr2FeMoO6、钙钛矿锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3和Fe3O4等。通式为R1-xAxMnO3(其中R为三价稀土金属离子，如La3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+等；A为二价金属离子，如Ca2+、Sr2+、Ba2+等)的庞磁电阻(CMR)钙钛矿锰氧化物材料已经被广泛研究。在这类材料中，除了CMR效应外，在近年的研究中还发现了许多新的物理现象，如：巨磁致伸缩效应、外磁场诱导的结构相变、反常热膨胀等等。人们从理论上已经设想了多种模型和物理图像来解释锰氧化物中CMR效应。上世纪50年代初期，由Zener创立，后经Anderson和de Gennes等人发展起来的双交换理论，对于这类化合物中的传导行为和磁性作出了较好的阐述。这为解释CMR效应的来源提供了一条较好的途径。然而单纯的双交换作用不能很好的理解锰氧化物中丰富的物理现象。锰氧化物中强的电—声耦合及普遍存在的相分离趋势需要人们的进一步研究和探索。
锰氧化物作为自旋极化载流子的源泉，在自旋极化准粒子注入高温超导体(HTS)器件方面的研究中也具有重要的作用。利用自旋极化注入效应，有望研制出新型高速低能耗的高温超导自旋电子器件。
除了锰氧化物之外，Fe3O4作为另一种典型的半金属磁性氧化物在近年来也成为研究的热点，尤其是磁铁矿的非本征磁电阻效应。室温磁电阻的提高是这种材料在实际应用中迫切需要解决的问题。非本征磁电阻效应主要来自于传导电子在颗粒界面之间的自旋相关散射和自旋极化隧穿。纳米两相复合物具有独特的微结构和丰富的界面，有望提高材料的非本征磁电阻。
本论文中的研究工作以及所取得的成果主要包括以下三个方面：
一、Dy注入的。La2/3Srv3MnO3(LSMO)系列大块多晶样品的电磁性质和磁致伸缩效应。
我们采用传统的固相反应法制备了(La1-xDyx)2/3Sr1/3MnO3(0≤x≤0.6)系列大块多晶样品，并研究了样品的结构、电磁输运性质、磁电阻以及磁致伸缩效应。X射线衍射(XRD)分析表明，所有的样品均为钙钛矿结构，但随着Dy含量x的增加，样品结构会从菱面体相(x≤0.1)转变为正交相(x≥0.4)。样品的居里温度单调下降，电阻率和磁电阻显著增加，电阻率峰向低温移动。这是由于小半径的Dy离子对La离子的取代，使A位平均离子半径减小，导致了Mn-O—Mn键角减小，载流子有效质量增加，锰氧化物带宽减小，载流子在Mn座之间的跃迁率降低。对于样品的磁致伸缩的测量表明，样品在居里温度附近温区和低温50K附近温区内都存在着较大的体积磁致伸缩ω，并且首次发现低温时的ω最大值显著高于居里温度附近的ω最大值。7 T磁场下的ω与温度和Dy含量有关，对于不同成份的样品，居里温度附近的ω在x=0.3时具有最大值，7 T磁场下约为-336×10-6。而对于x=0.3样品，随着温度的变化，在7 T磁场作用下，ω从10K时的2850×10-6变为50K．时的-1662×10-6，然后减小，到居里温度附近又出现小的峰值-336×10-6(225K)。我们的实验表明，低温区的巨体积磁致伸缩现象不仅存在于Dy注入的LSMO样品中，而且也存在于纯的LSMO样品(-1515×10-6)以及Sm—、Tb—、Gd—注入的LSMO样品中。在稀土离子注入的LSMO样品中是一种普遍存在的现象。
对于Dy含量x=0和0.3样品的磁性测量表明，在样品中，低温下存在着Mn3+/Mn4+子晶格中Mn离子间的反铁磁性耦合以及由磁性Dy离子注入引起的La3+/Dy3+与Mn3+/Mn4+子晶格之间的A型反铁磁性耦合。低温区的巨体积磁致伸缩效应来源于系统中的铁磁相与重入的局域反铁磁相的共存。
在稀土离子注入的La—sr—Mn-O系统中低温下普遍出现的巨体积磁致伸缩效应在以往文献中未见报导。
二、Nd0.7Sr0.3MnO3/YBa2Cu3O7(NSMO/YBCO)复合物的输运和超导性能。
Ⅰ．我们采用合理的制备程序，用固相反应法制备了(YBCO)1-x(NSMO)x系列多晶样品。XRD分析表明，样品是由均为正交结构的YBCO相和NSMO相两相组成，两相之间保持了一定的化学稳定性。输运性能测量表明，随着NSMO含量的增加，零磁场下样品的零电阻超导转变温度降低，以YBCO为主的复合物中，当NSMO的含量为x=0.48时，超导转变消失。正常态的电阻率随NSMO含量的增加而显著增大，从金属性行为逐渐转变为绝缘性行为。在5 T磁场下，样品在100K以下电阻率—温度曲线显示出一种由一个平台隔开的双阶段形状，平台随着NSMO含量增加而抬高，到x=0.40时表现为双峰特征。磁性测量表明，在复合物样品中，铁磁性与超导性是并存的，但是两者都被强烈抑制，这被归因于两相之间的邻近效应，也就是说，经过NSMO颗粒呈自旋平行的电子使YBCO中的Cooper对破裂，而在超导转变温度以下，YBCO相的Cooper对电子进入NSMO相后也会使对铁磁性有贡献的电子之间的自旋平行排列的状态遭到破坏。
Ⅱ．我们先后采用固相反应法制备了NSMO的烧结态粉末和用溶胶—凝胶法制备了YBCO的前驱体溶液，然后通过两者的混合和烧结，得到成分为(YBCO)0.03(NSMO)0.97的样品。扫描电镜结果表明，在该样品中，NSMO晶粒尺寸约为1-2μm，YBCO颗粒尺寸约为100 nm，不连续地分布在NSMO晶粒周围。样品的零场电阻率随温度的降低显著增大，符合lnρ—T0.5的线性关系，表明这种复合物样品中的传导行为与富含绝缘体的金属—绝缘体颗粒复合体系的导电规律相类似。超导转变现象在此复合物中消失，但CMR效应仍然存在，居里温度比纯NSMO的略低。这些现象是由于YBCO相和NSMO相之间的邻近效应所致。这种邻近效应清楚地表现在不连续地包围着NSMO晶粒的少量YBCO微细颗粒对NSMO晶粒的输运性能可以产生足够强的效应，使NSMO晶粒的金属导电行为消失而变成绝缘体。然而，由于微结构的不同，仅用固相反应法制备的同样成分的样品却未显示出类似的现象。若改变YBCO包裹层的厚度，直到超导转变出现，或许可以估算出自旋极化电子在超导颗粒中的扩散长度，这个参数在自旋电子学中非常重要。
三、掺Ag的Fe3O4薄膜的室温磁电阻效应。
利用溶胶—凝胶法结合旋涂法在熔融石英衬底上制备了名义成分为Agx(Fe3O4)1-x(x=0，0.1，0.2，0.3)的薄膜样品。XRD图谱分析表明这些薄膜是由非磁性的金属Ag相和具有反尖晶石结构的亚铁磁性Fe3O4相所组成的两相复合系统。扫描电镜图像表明Fe3O4晶粒形状接近于球形，直径为75—85nm，稍小于Fe3O4单畴颗粒的临界尺寸Dc(99nm)。x=0.1和x=0.3薄膜的矫顽力分别为290Oe和360Oe，很接近于Fe3O4的磁晶各向异性场HK(340Oe)。因此掺Ag的Fe3O4薄膜实际上是Fe3O4单畴颗粒的集合体。样品的磁电阻测量表明：当Ag含量为x=0.1时，薄膜具有最大的室温磁电阻，在5 T磁场下为—8.7％；在0.88 T 磁场下为-3.5％，高于纯的Fe3O4薄膜的磁电阻-2.2％。磁电阻的提高被归因于Ag—Fe304界面间的自旋相关散射以及自旋极化电子在Fe3O4-Fe3O4界面间的自旋极化隧穿共同作用的结果。此外，通过对掺Ag的Fe3O4大块多晶样品和多晶薄膜之间不同的磁电阻行为的比较，我们设想，如果可以制备出由立方形状的Fe3O4颗粒组成的多晶薄膜或掺Ag的Fe3O4多晶薄膜，那么很可能会获得更高的室温低场磁电阻。