[论文解读] Colossal Van der Waals small-polaron superlattice: a hint to understanding the colossal magnetoresistance and electroresistance in manganites

Mladen Georgiev|ArXiv.org|Nov 28, 2007

Graphene research and applications被引用 3

一句话总结

本文提出，在双钙钛矿锰氧化物中，由于强声子耦合的振动电子小极化子具有固有的电偶极矩和磁偶极矩，其在居里温度以上会形成巨大的范德华力小极化子超晶格。这些偶极矩与外场耦合，驱动有序-无序转变，从而解释巨大的磁阻效应和电阻效应，数值估算的临界场强与实验观测结果相容。

ABSTRACT

A mechanism is proposed to explain the formation of a small-polaron superlattice above the Curie temperature in manganites. The order-disorder transition initiated by the external field at a lattice is known responsible for the colossal resistance effect. We attribute the lattice formation to the occurrence of strong Van der Waals pairing of vibronic small polarons arising from the phonon coupling of highly polarizable two-level orbital systems. The latter having inherent electric and magnetic dipoles associated with them, they couple to the external field leading to the observed colossal effects. We find numerical estimates of the critical field compatible.

研究动机与目标

• 解释双钙钛矿锰氧化物在居里温度以上巨大磁阻效应和电阻效应的起源。
• 识别在外场作用下双钙钛矿锰氧化物中形成超晶格结构的微观机制。
• 将观测到的巨大电阻效应与振动电子小极化子对外部电场和磁场的耦合联系起来。
• 基于双能级轨道系统中极化子之间的强范德华相互作用，建立一个理论框架。
• 估算诱发有序-无序转变的临界场强，该转变导致巨大效应。

提出的方法

• 提出一个模型：在高度可极化的双能级轨道系统中，由于强电子-声子耦合，形成振动电子小极化子。
• 引入这些小极化子之间的范德华配对概念，导致超晶格结构的形成。
• 通过其固有的偶极矩，建模这些极化子与外部电场和磁场的相互作用。
• 将外部场触发的有序-无序转变视为巨大电阻效应的起源。
• 使用数值估算评估诱发该转变所需的临界场强，并与实验值进行比较。
• 应用化学物理和多体理论的原理，描述极化子在晶格中的集体行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 双钙钛矿锰氧化物在居里温度以上，其超晶格结构形成的微观机制是什么？
• RQ2 具有固有偶极矩的振动电子小极化子如何贡献于巨大的磁阻效应和电阻效应？
• RQ3 范德华相互作用在稳定双钙钛矿锰氧化物中小极化子超晶格中起什么作用？
• RQ4 诱发导致巨大电阻效应的有序-无序转变所需的临界场强估计值是多少？
• RQ5 双能级轨道系统中电偶极矩和磁偶极矩的耦合如何解释观测到的巨大响应？

主要发现

• 由于振动电子小极化子之间的强范德华配对，在居里温度以上形成小极化子超晶格。
• 该超晶格的形成由双能级轨道系统中固有的电偶极矩和磁偶极矩与外场的耦合所驱动。
• 由外场诱导的有序-无序转变被确定为巨大磁阻效应和电阻效应的关键机制。
• 估算的诱发该转变的临界场强与实验观测结果相容。
• 该模型将巨大电阻效应解释为声子耦合极化子在有序晶格中集体行为的结果。
• 所提出的机制通过单一基本物理过程，统一解释了双钙钛矿锰氧化物中巨大的磁阻效应和电阻效应。