本综述简要介绍了钙钛矿结构锰氧化物的研究 背景和理论模型
,
并以电致电阻中的介电电泳 、多铁 性非共线自旋序 、超晶格中界面电子重组三个具体 实例,
示范了采用蒙特卡罗模拟研究锰氧化物中相 竞争 。自从上世纪 90 年代初发现庞磁电阻效应以来
,
锰氧化物的研究热潮持续至今已有十多年,
并取得 了丰硕成果 。但由于其复杂性,
研究者还没有完全理 解其奇妙性质背后的物理机制 。即使近年来关于CM R 的研究似乎逐渐要尘埃落定 ,
但新涌现的物理 问题仍然吸引着大量研究者 。锰氧化物未来几年的研究热点方向至少有如下 三个
:
从 TbMnO3 铁电极化发现到现在 7 年时间 ,多 铁性锰氧化物的研究热潮蓬勃发展并将向着更深入 更宽广的方向发展 。深入方面 ,对已确定的多铁性锰 氧化物 ,进行更深入的物理机制探讨 。例如最新关于
TbMnO
3中电磁激子的研究就吸引了大量研究者的关注[ 166 ]。而 TbMn2
O
5 的多铁机制也不清楚,
有待研究 。宽广方面
,
研究者在锰氧化物中进行着更细致 的搜索,
以追求具有更强铁电极化 、更强磁化强度 、 更高居里温度 、更强磁电耦合的材料 。对基于锰氧化物异质结的研究热潮也将进一步 发展下去 。目前过渡金属氧化物异质结的研究主要 集中在 Sr TiO3
/ L aAlO
3 以及 La TiO3 这些材料 。而 相比这些没有磁性 、轨道序也不突出的材料 ,锰氧化 物要复杂的多 ,也有意思的多 。目前关于锰氧化物的 异质结的研究几乎都局限在 LaMnO3/ SrMnO
3超晶 格中,
这只是锰氧化物异质结研究的开始,
更多窄带 锰氧化物异质结将给出更丰富的物理,
更奇异的性 质 。最新的理论工作已经将目光投向了窄带锰氧化物异质结[167 ]。
目前研究者对锰氧化物中激发和动力学了解甚 少 。虽然有一些初步的实验结果
,
例如非弹性中子散 射和光吸收谱测量实验,
但实验上远没有完善,
理论 上更几乎是空白 。而对锰氧化物动力学的研究将更有助于理解强关联电子材料 。总之
,
锰氧化物的研究 值得继续关注 。致 谢 本文综述的研究工作是与 Elbio Dagotto 教 授 、
Seiji Yuno ki 研 究 员 、俞 榕 博 士 、 Go nzalo Alvarez 研究员 、
朱涵博士合作完成,
特此感谢 。参考文献
[ 1 ] J on ke r G H , va n Sa nt e n J H . Physica ( U t rec ht ) , 1950 , 16 : 337
[ 2 ] W olla n E O , Koe hle r W C. Phys . Rev. , 1955 , 100 : 5452563
[ 3 ] Ze ne r C. Phys . Rev. ,1951 , 81 : 4402444 [ 4 ] Ze ne r C. Phys . Rev. ,1951 , 82 : 4032405
[ 5 ] Goode n ough J B . Phys . Rev. , 1955 , 100 : 5642573 [ 6 ] vo n Hel molt R , Wec ke r J , Holzap f el B , et al .
Phys . Rev. L et t . , 1993 , 71 : 233122333
[ 7 ] J i n S , Tief el T H , Mc Cor mac k M , et al . Science , 1994 , 264 : 4132415
[ 8 ] Millis A J . Na t u re ( L o ndo n) , 1998 , 392 : 1472150 (1998)
[ 9 ] Yun oki S , Hu J , Malvezzi A L , et al . Phys . Rev.
L et t . , 1998 , 80 : 8452848
[10 ] M ore o A , Yun oki S , D agot t o E. Science , 1999 , 283 : 203422040
[11 ] Ki mura T , Got o T , S hi nt a ni H , et al . Nat u re (L ondon) , 2003 , 426 : 55258
[12 ] Οuti I , Fa bia n J , Sa r ma S D . Rev. Mod. Phys . , 2004 , 76 : 3232410
[13 ] Tokura Y , To mi oka Y. J . Magn . Magn . Mater . , 1999 , 200 : 1223
[14 ] Aliaga H , Magnoux D , M ore o A , et al . Phys . Rev. B , 2003 , 68 : 104405
[15 ] Se n C , Alva rez G , D agot t o E. Phys . Rev. B , 2004 , 70 : 064428
[16 ] Se n C , Alva rez G , Aliaga H , D agot t o E. Phys . Rev. B , 2006 , 73 : 224441
[17 ] Se n C , Al va rez G , D agot t o E. Phys . Rev. L et t . , 2007 , 98 : 127202
[18 ] Hur N , Pa r k S , Sha r ma P A , et al . Na t u re (L o n2 do n) , 2004 , 429 : 3922395
[19 ] L ot t e r m ose r T , L on kai T , A ma n n U , et al . Nat u re (L ondon) , 2004 , 430 : 5412544
[20 ] U e ha ra M , M ori S , C he n C H , et al . Na t u re (L o n2 do n) , 1999 , 399 : 5602563
[21 ] Ta o J , Nie bies ki kwiat D , V a rela M , et al . Phys . Rev. L et t . , 2009 , 103 : 097202
[22 ] D agot t o E. Science ,2005 , 309 : 2572262
[23 ] Tokura Y. Rep . Prog. Phys . , 2006 , 69 : 7972851 [24 ] I ma da M , Fuji m ori A , To kura Y. Rev. Mod .
Phys . ,2001 , 70 : 103921256
[25 ] Tokura Y , e dit or . Col ossal M agnet oresistive O x2 i des . L o ndon : Gor do n a nd B reac h Scie nce Publis h2 e rs , 2000
[26 ] Sala m on M B , J ai me M . Rev. Mod . Phys . , 2001 , 73 : 5832628
[27 ] Ki mura T , Tokura Y. A n n u . Rev. Mater . Res . , 2000 , 30 : 4512474
[28 ] R a o C N R , Ra vea u B , e dit ors . Col ossal M agne2 t oreist a nce , Cha rge O r de ri ng , a nd Relat e d Pr op e r2 ties of M a nga nese O xi des . Si ngap ore : W orl d Scie n2 tif ic ,1998
[29 ] Kap la n T A , M a ha nti S D , e dit ors . Physics of Ma n2 ga nit es . N ew Yor k : Kluwe r Aca de mic/ Ple num Pub2 lis he rs , 1998
[30 ] Coe y J M D , Vi ret M , von M ol nár S. A dv. Phys . , 1999 , 48 : 1672293
[31 ] 王克锋,刘俊明.《物理学进展》. 2003 , 23 : 1922211 [32 ] 刘俊明,王克锋.《物理学进展》. 2005 , 25 : 822130 [33 ] 王克锋. 庞磁电阻锰氧化物中无序效应的研究. 博士
论文, 南京大学, 2006
[34 ] 曹贵新. 强关联锰氧化物体系中有序相的竞争与量 子相变行为研究. 博士论文, 上海大学,2006 [35 ] 陆成亮. 钙钛矿锰氧化物中电子相分离与多铁性行
为研究. 博士论文, 南京大学, 2009
[36 ] D agot t o E , Hot t a T , M ore o A . Phys . Rep . , 2001 , 344 : 1
[37 ] D agot t o E. N a noscale Phase Sep a rati on a nd Col ossal Magnet oresist a nce . Be rli n : Sp ri nge r , 2002
[38 ] D agot t o E. New J . Phys . ,2005 , 7 : 67
[39 ] Hot t a T. Rep . Prog. Phys . , 2006 , 69 : 206122155 [40 ] 董帅. 锰氧化物相竞争的理论研究. 博士论文, 南京
大学, 2009
[41 ] Goode nough J B , Zh ou J S . J . Ma ter . Chem . , 2007 , 17 : 239422405
[42 ] He r re r o2M a rtín J , Ga rcía J , Subías G , et al . Phys . Rev. B ,2004 , 70 : 024408
[43 ] Coe y M . Nat u re (L on do n) , 2004 , 430 : 1552156 [44 ] Ch maisse m O , D a br ows ki B , Koles ni k S , et al .
Phys . Rev. B , 2001 , 64 : 134412
[45 ] L oudon J C , Mat hur N D , Mi dgley P A . Na t u re (L ondon) , 2001 , 64 : 7972800
[46 ] Millis A J , L it tlew ood P B , Sh rai ma n B I . Phys . Rev. L et t . , 1995 , 420 : 514425147
[47 ] D agot t o E , To kura Y. MRS B ulleti n , 2008 , 74 : 103721045
[48 ] Slat e r J C , Kost e r G F. Phys . Rev. , 1954 , 33 : 149821524
[49 ] H ot t a T , D agot t o E. Phys . Rev. L et t . , 2004 , 94 : 227201
[50 ] Salaf ra nca J , Alva rez G , D agot t o E. Phys . Rev.
B , 2009 , 92 : 155133
[51 ] Ka na mori J . J . App l . Phys . , 1960 , 31 : 14S223S [52 ] H ot t a T , Malvezzi A L , D agot t o E. Phys . Rev. B ,
2000 , 62 : 943229452
[53 ] D ong S , D ai S , Ya o X Y , et al . Phys . Rev. B , 2006 , 73 : 104404
[54 ] Xi ong Y M , Wa ng G Y , L uo X G , et al . J . App l . Phys . , 2005 , 97 : 083909
[55 ] Asa mits u A , To mi o ka Y , Kuw a ha ra H , et al . Na t u re (L o ndon) ,1997 , 388 : 50252
[56 ] Po n na m bala m V , Pa ras ha r S , Raju A R , et al . App l . Phys . L et t . , 1999 , 74 : 2062208
[57 ] Ra o C N R , R aju A R , Po n na m bala m V , et al . Phys . Rev. B , 1995 , 61 : 5942598
[58 ] Ma Y Q , So ng W H , D ai J M , et al . Phys . Rev.
B , 2004 , 70 : 054413
[59 ] Pa ras ha r S , Sud hee n dra L , Raj u A R , et al . J . App l . Phys . , 2004 , 95 : 218122183
[60 ] Ga r ba ri no G , Ac ha C , L e vy P , et al . Phys . Rev.
B , 2006 , 74 : 100401 ( R)
[61 ] Fie big M , Miya no K , To mi oka Y , et al . Science , 1998 , 280 : 192521928
[62 ] Sm olya ni n ova V N , Rajesw a ri M , Ke n ne dy R , et al . App l . Phys . L et t . , 2005 , 86 : 071922
[63 ] Ki r yuk hi n V , Casa D , Hillt J P , et al . Nat u re (L ondon) , 1997 , 386 : 8132815
[64 ] Tokunaga M , Tokunaga Y , Ta megai T. Phys . Rev.
L et t . ,2004 , 93 : 037203
[65 ] Ya ng R F , Sun Y , Ma X , et al . Phys . Rev. B , 2006 , 73 : 092404
[66 ] Saca nell J , L e yva A G , L e vy P. J . App l . Phys . , 2005 , 98 : 113708
[67 ] Me rc one S , Fréa r d R , Caignae rt V , et al . J . App l . Phys . , 2005 , 98 : 023911
[68 ] Ya n Z B , Wa ng K F , L i S Z , et al . App l . Phys . L et t . ,2009 , 95 : 143502
[69 ] B ai kal ov A , Wa ng Y Q , She n B , L ore nz B , et al . App l . Phys . L et t . , 2003 , 83 : 9572959
[70 ] Ts ui S , B ai kal ov A , Cmai dal ka J , et al . App l . Phys . L et t . , 2004 , 85 : 3172319
[71 ] St a n kiewicz J , SeséJ , Ga rcía J , et al . Phys . Rev.
B , 2000 , 61 : 11236211239
[72 ] Guha A , Kha re N , Ra yc haudh uri A K , Ra o C N R . Phys . Rev. B , 2000 , 62 : R11941211944
[73 ] D o ng S , Z hu C , Wa ng Y , Yua n F , et al . J . Phys : Con dens . Mat ter , 2007 , 19 : 266202
[74 ] Z ha ng L , Is rael C , Bisw as A , et al . Science , 2002 , 298 : 8052807
[75 ] Po hl H A . Dielect r op h oresis : The Be ha vi or of N at2 ural Mat t e r i n N o nunif or m Elect ric Fiel ds . Ca m2 bri dge U nive rsit y Press , Ca m bri dge , Engla n d ,1978 [76 ] Ghivel de r L , Pa risi F. Phys . Rev. B , 2005 ,
71 : 184425
[77 ] W u W , Is rael C , Hur N , et al . Na t ure Mater . , 2006 , 5 : 8812886
[78 ] W u T , Mitc hell J F. Phys . Rev. B , 2006 , 74 : 214423
[79 ] Gol os ov D I . J . App l . Phys . ,2002 , 91 : 750827510 [80 ] Gol os ov D I , O rga d D . Phys . Rev. B , 2006 ,
74 : 104403
[81 ] Ma yr M , M ore o A , V e rgés J A , et al . Phys . Rev.
L et t . , 2001 , 86 : 1352138
[82 ] D o ng S , Z hu H , W u X , et al . App l . Phys . L et t . , 2005 , 86 : 022501
[83 ] J u S , Cai T Y , L i Z Y. Phys . Rev. B , 2005 , 72 : 184413
[84 ] D o ng S , Zh u H , L iu J M . Phys . Rev. B , 2007 , 76 : 132409
[85 ] Kun dys B , Belli do N , M a rti n C , et al . Eu r . Phys . J . B , 2006 , 52 : 1992203
[86 ] J ee n H J , Gallast egui A , Bisw as A . A PS Ma rch Meeti ng , t al k , 2009
[87 ] Tokura Y. Science ,2006 , 312 : 148121482
[88 ] Hill N A . J . Phys . Chem . B , 2000 , 104 : 669426709
[89 ] Fie big M . J . Phys . D : App l . Phys , 2005 , 38 : R1232R152
[90 ] Ee re nst ei n W , M at h ur N D , Scot t J F. Na t u re (L ondon) , 2006 , 442 : 7592765
[91 ] Tokura Y. J . Magn . Magn . Ma ter . , 2007 , 310 : 114521150
[92 ] R a mes h R , Sp al di n N A . Nat u re Ma ter . , 2007 , 6 : 21229
[93 ] Che ong S W , M ost ovoy M . Na t ure Mater . , 2007 , 6 : 13220
[94 ] Wa ng K F , L iu J M , Re n Z F. A dv. Phys . , 2009 , 58 : 3212448
[95 ] Sp al di n N A , Fie big M , M ost ovoy M . J . Phys . : Con dens . Mat ter ,2008 , 20 : 434203
[96 ] N a n C W , Bic h uri n M I , D o ng S X , et al . J . App l . Phys . , 2008 , 103 : 031101
[97 ] Cat ala n G , Sc ot t J F. A dv. Mater . , 2009 , 21 : 246322485
[98 ] Ki mura T. A n n u . Rev. Ma ter . Res . , 2007 , 37 : 3872413
[99 ] Kh o ms kii D . Physics , 2009 , 2 : 20
[100 ] Hill N A . A n n u . Rev. Ma ter . Res . ,2002 , 32 : 12 37
[101 ] 王克锋,刘 俊 明, 王 雨.《科 学 通 报》. 2008 , 53 : 109821135
[102 ] Pic ozzi S , Ede re r C. J . Phys . : Condens . Ma t ter , 2009 , 21 : 303201
[103 ] Ef re m ov D V , va n de n B ri n k J , Kh o ms kii D I . Na t ure Ma ter . , 2004 , 3 : 853
[104 ] Gi ova n net ti G , Kuma r S , va n de n B ri n k J , et al . Phys . Rev. L et t . , 2009 , 103 : 037601
[105 ] B hat t ac ha rjee S , B ous quet E , Gh osez P. Phys . Rev. L et t . , 2009 , 102 : 117602
[106 ] R o ndi nelli J M , Ei dels o n A S , Sp al di n N A . Phys . Rev. B ,2009 , 79 : 205119
[107 ] Kaji m ot o K , Yos hizaw a H , Shi nt a ni H , et al . Phys . Rev. B , 2004 , 70 : 012401
[108 ] A ri ma T , To kunaga A , Got o T , et al . Phys . Rev.
L et t . , 2006 , 96 : 097202
[109 ] M ugoz A , Casgis M T , Al ons o J A , et al . I norg.
Chem . , 2001 , 40 : 102021028
[110 ] Got o T , Ki mura T , L awes G , et al . Phys . Rev.
L et t . , 2004 , 92 : 257201
[111 ] Ke nzel ma n n M , Ha r ris A B , J o nas S , et al . Phys . Rev. L et t . , 2005 , 95 : 087206
[112 ] Ya masa ki Y , Saga ya ma H , A be N , et al . Phys . Rev. L et t . , 2008 , 101 : 097204
[113 ] Kats ura H , N aga osa N , B alats ky A V . Phys . Rev.
L et t . , 2005 , 95 : 057205
[114 ] Dzyal os hi ns ky I J . Phys . Chem . Soli ds , 1958 , 4 : 2412255
[115 ] M oriya T. Phys . Rev. , 1960 , 120 : 91298
[116 ] Se rgie n ko I A , D agot t o E. Phys . Rev. B , 2006 , 73 : 094434
[117 ] M ost ovoy M . Phys . Rev. L et t . ,2006 , 96 : 067601 [118 ] Xia ng H J , Wei S H , W ha ngbo M H , et al . Phys .
Rev. L et t . , 2008 , 101 : 037209
[119 ] M alas he vic h A , V a n de r bilt D . Phys . Rev. L et t . , 2008 , 101 : 037210
[120 ] Kaji m ot o R , Sagaya ma H , Sasai K , et al . Phys . Rev. L et t . , 2009 , 120 : 247602
[121 ] Ki mura T , Is hi ha ra S , S hi nt a ni H , et al . Phys . Rev. B , 2003 , 68 : 060403 ( R)
[122 ] M oc hizuki M , Fur ukaw a N . J . Phys . Soc. J p n . , 2009 , 78 : 053704
[123 ] M oc hizuki M , Fur ukaw a N . Phys . Rev. B , 2009 , 80 : 134416
[124 ] D o ng S , Yu R , Yuno ki S , et al . Phys . Rev. B , 2008 , 78 : 155121
[125 ] Hot t a T , M oraghe bi M , Feigui n A , et al . Phys . Rev. L et t . , 2003 , 90 : 247203
[126 ] Hot t a T. Phys . Rev. B ,2003 , 67 : 104428 [127 ] Ede re r C , Sp al di n N A . Phys . Rev. B ,2005 , 71 :
060401 ( R)
[128 ] Se rgie n ko I A , Se n C , D agot t o E. Phys . Rev.
L et t . , 2006 , 97 : 227204
[129 ] Zh ou J S , Goode nough J B . Phys . Rev. B , 2008 , 77 : 132104
[130 ] L a n dsgesell S , M aljuk A , Ha nse n T C , et al . Phys . Rev. B ,2009 , 80 : 014412
[131 ] D o ng S , Yu R , Yun o ki S , L iu J M , et al . Eu r . Phys . J . B , 2009 , 71 : 3392344
[132 ] Cui Y , Wa ng C , Ca o B . Soli d St a te Com m u n . , 2005 , 133 : 6412645
[133 ] Ki mura T , Se ki o Y , N a ka mura H , et al . Na t u re Ma ter . , 2008 , 7 : 2912294
[134 ] Kundys B , M aigna n A , Si mo n C. App l . Phys . L et t . , 2009 , 94 : 072506
[135 ] Ya ng C H , Sei del J , Ki m S Y , et al . Na t u re Ma ter . , 2009 , 8 : 4852493
[136 ] M uf ti N , N ugr o h o A A , Bla ke G R , et al . Phys . Rev. B , 2008 , 78 : 024109
[137 ] D o ng S , Yu R , L iu J M , et al . Phys . Rev. L et t . , 2009 , 103 : 107204
[138 ] Hot t a T , Feigui n A , D agot t o E. Phys . Rev.
L et t . , 2001 , 86 : 492224925
[139 ] Subías G , Ga rcía J , Blasc o J , et al . Phys . Rev.
B , 1998 , 57 : 7482754
[140 ] Blasc o J , Rit t e r C , Ga rcía J , et al . Phys . Rev.
B , 2000 , 62 : 560925618
[141 ] A ka h os hi D , U c hi da M , To mi oka Y , et al . Phys . Rev. L et t . , 2003 , 90 : 177203
[142 ] D agot t o E. Science ,2007 , 318 : 107621077 [143 ] O ht om o A , M ulle r D A , Grazul J L , et al . Na t u re
(L ondon) , 2002 , 419 : 3782380
[144 ] O ht om o A , Hw a ng H Y. Na t ure (L on don) ,2004 ,
427 : 4232426
[145 ] Thiel S , Ha m me rl G , Sc h me hl A , et al . Science , 2006 , 313 : 194221945
[146 ] Cha k halia n J , Freela n d J W , Ha be r meie r H U , et al . Science ,2007 , 318 : 111421117
[147 ] B hat t ac ha rya A , Z hai X , Wa r usawit ha na M , et al . App l . Phys . L et t . ,2007 , 90 : 222503 [148 ] B hat t ac ha rya A , Ma y S J , t e V elt h uis S G , et al .
Phys . Rev. L et t . , 2008 , 100 : 257203
[149 ] A da mo C , Pe r r oni C A , Cat a udella V , et al . Phys . Rev. B , 2009 , 79 : 045125
[150 ] A da mo C , Ke X , Sc hif f e r P , et al . App l . Phys . L et t . , 2008 , 92 : 112508
[151 ] M a y S J , Sha h A B , t e V elt huis S G E , et al . Phys . Rev. B , 2008 , 77 : 174409
[152 ] D o ng S , Yu R , Yuno ki S , et al . Phys . Rev. B , 2008 , 78 : 201102 ( R)
[153 ] R odríguez2Ca r vajal J , He n ni on M , M oussa F , et al . Phys . Rev. B , 1998 , 57 : 3189
[154 ] O rgia ni P , A r ut a C , Cia nci o R , Gal di A , et al . App l . Phys . L et t . ,2009 , 95 : 013510
[155 ] Ko nis hi Y , Fa ng Z , Izumi M , et al . J . Phys . Soc. J p n . ,1999 , 68 : 379023793
[156 ] Fa ng Z , Te ra kura K. J . Phys . Soc. J p n . , 2001 , 70 : 335623361
[157 ] Ka nc ha rla S S , D agot t o E. Phys . Rev. B , 2006 , 74 : 195427
[158 ] L i n C , O ka m ot o S , Millis A J . Phys . Rev. B , 2006 , 73 : 041104 ( R)
[159 ] Yuno ki S , M ore o A , D agot t o E , et al . Phys . Rev. B ,2007 , 76 : 064532
[160 ] Go nzglez I , O ka m ot o S , Yun oki S , et al . J . Phys . : Con dens . Ma t ter , 2008 , 20 : 264002 [161 ] B rey L . Phys . Rev. B , 2007 , 75 : 104423 [162 ] Cal de r∏n M J , Salaf ra nca J , B re y L . Phys . Rev.
B , 2008 , 78 : 024415
[163 ] L i n C , Millis A J . Phys . Rev. B , 2008 , 78 : 184405
[164 ] B ouze ra r G , Cép as O . Phys . Rev. B , 2007 , 76 : 020401 ( R)
[165 ] V e rggs J A . Comp ut . Phys . Com m u n . , 1999 , 118 : 71280
[166 ] A guila r R V , M ost ovoy M , Sus h kov A B , et al . Phys . Rev. L et t . , 2009 , 102 : 047203
[167 ] Yu R , Yun oki S , D ong S , et al . Phys . Rev. B , 2009 , 80 : 125115