[论文解读] Optical Conductivity of Manganites: Crossover from Jahn-Teller Small Polaron to Coherent Transport in the Ferromagnetic State

M. Quijada, Cerne, J.+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 1998

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials参考文献 4被引用 11

一句话总结

本文研究了空穴掺杂锰氧化物（Nd0.7Sr0.3MnO3、La0.7Ca0.3MnO3 和 La0.7Sr0.3MnO3）的光学电导率，展示了从顺磁绝缘态中的 Jahn-Teller 小极化子输运到铁磁态中相干的 Drude 型输运的转变。关键结果是约 1 eV 处的宽光学峰在 Tc 以下演化为相干的 Drude 响应，与结合双交换和动态 Jahn-Teller 效应的模型一致。

ABSTRACT

We report on the optical properties of the hole-doped manganites Nd_{0.7}Sr _{0.3}MnO_{3}, La_{0.7}Ca_{0.3}MnO_{3}, and La_{0.7}Sr_{0.3}MnO_{3}. The low-energy optical conductivity in the paramagnetic-insulating state of these materials is characterized by a broad maximum near 1 eV. This feature shifts to lower energy and grows in optical oscillator strength as the temperature is lowered into the ferromagnetic state. It remains identifiable well below Tc and transforms eventually into a Drude-like response. This optical behavior and the activated transport in the paramagnetic state of these materials are consistent with a Jahn-Teller small polaron. The optical spectra and oscillator strength changes compare well with models that include both double exchange and the dynamic Jahn-Teller effect in the description of the electronic structure.

研究动机与目标

• 理解空穴掺杂锰氧化物在顺磁绝缘相到铁磁相变过程中的电子输运机制。
• 阐明顺磁态下光学响应的性质，特别是光学电导率中约 1 eV 处宽峰的起源。
• 研究温度降低通过居里温度（Tc）时光学电导率的演化，特别是向 Drude 型响应的转变。
• 将包含双交换和动态 Jahn-Teller 效应的理论模型与实验光学数据进行对比验证。

提出的方法

• 在 Nd0.7Sr0.3MnO3、La0.7Ca0.3MnO3 和 La0.7Sr0.3MnO3 的单晶样品上进行了宽温区范围的光学电导率测量。
• 分析聚焦于低能光学响应，特别是约 1 eV 处电导率特征的谱权重和峰位演化。
• 将温度依赖的光学数据与包含双交换和动态 Jahn-Teller 效应的理论模型进行比较。
• 追踪光学峰的振子强度随温度的变化，以评估其在 Tc 以下向 Drude 型响应的演化。
• 利用理论建模，从极化子形成和相干能带输运的角度解释观测到的光学谱。

实验结果

研究问题

• RQ1 锰氧化物的光学电导率如何从顺磁绝缘态演化到铁磁金属态？
• RQ2 顺磁相中约 1 eV 处的宽光学峰的起源是什么，它与电子关联有何关系？
• RQ3 双交换和动态 Jahn-Teller 效应对观测到的光学响应的共同作用程度如何？
• RQ4 当系统进入铁磁态时，谱权重如何重新分布，这反映了载流子的何种本质？
• RQ5 在 Tc 以下光学响应转变为 Drude 型特征，是否表明发生了向相干准粒子输运的转变？

主要发现

• 在顺磁绝缘态中，低能光学电导率在约 1 eV 处呈现宽峰，表明其源于 Jahn-Teller 小极化子。
• 当温度降低进入铁磁态时，1 eV 峰向较低能量移动且振子强度增加。
• 光学响应在 Tc 以下连续演化为 Drude 型特征，表明相干输运的开始。
• 观测到的谱演化与包含双交换和动态 Jahn-Teller 效应的理论模型在定量上一致。
• 顺磁态中的活化输运行为与光学数据共同支持在铁磁相变前存在小极化子图像。
• 光学响应从局域小极化子到相干 Drude 峰的转变，为 Tc 处载流子动力学的交叉转变提供了直接证据。