以钙钛矿结构氧化物为代表的巨磁电阻材料，由于它们所表现出来的超大磁电阻效应(Colossal Magnetoresistance)在提高磁存储密度及磁敏感探测元件上具有十分广阔的应用 前景，因而受到人们的广泛关注。同时，这类材料还表现出诸如磁场或光诱导的绝缘体-金属转变 ，电荷有序、轨道有序、以及相分离等十分丰富的物理内容，涉及到凝聚态物理的许多基本问题， 一旦解决了这些问题的微观物理机制，必将对凝聚态物理的发展和完善起到巨大的推动作用。在本 论文中，作者通过理论和实验研究，对巨磁电阻氧化物的物理性质和新型磁电阻材料作了一些研究和探索。相关的研究结果已在国际科技期刊上发表10篇，其中Appl.Phys. Lett. 2篇，Phys. Rev. B 4篇，J. Phys.: Condens. Matter 1篇，J. Magn. Magn. Mater. 3篇。 本论文分为上下两篇，共七章。上篇为基础篇，包括第一、二章；下篇为研究篇，包括第三—七章。 第一章综述了磁电阻效应研究的历史、发展与现状。介绍了各种磁电阻材料的物理化学性质，如磁性 多层膜、磁性纳米材料、钙钛矿结构氧化物、焦绿石结构和尖晶石结构化合物等。通过本章的介绍，我们将对磁电阻效应以及磁电子学都有一个概括的了解。 第二章介绍了超大磁电阻材料锰氧化物丰富的物理性质。包括晶体结构、电子结构、磁性质、输运性 质、电磁相图、有序相，以及其他奇特的物理现象。通过本章，我们将了解到掺杂锰氧化物的基本 物理性质，并对诸如双交换作用、Jahn-Teller效应、电荷有序等物理概念有所认识， 为进入该研究领域作好了准备。第三章研究了A位和B位元素替代对锰氧化物的性质和磁电阻效应 的影响。其中，第一节研究了Gd替代La位所产生的影响，目的是为了研究A位平均离子半径及 额外的稀土磁性对锰氧化物磁性和磁电阻的影响。通过用Gd对La0.7Sr0.3MnO3中的La进行部分替代，我们发现金属-绝缘体转变以及磁电阻效应都被显著地增强了,对(La0.3Gd0.4)Sr0.3MnO3和(La0.4Gd0.3)Sr0.3MnO3，在6 T下，其最大磁电阻比率分别为8300%和930%；即使在1 T下，其最大磁电阻比率也高达520%和150%。第二节研究了Mn位被Ga替代的影响。重点 讨论了顺磁态小极化子的本质和非最近邻跳跃的输运行为。第三节研究了La0.67Ca0.3 3MnO3和La0.67Sr0.33MnO体系中的Cr掺杂效应。实验结果显示了特殊的双 峰CMR行为，而且CMR效应的温区被极大地拓宽，从低温直到室温以上，说明Mn位的Cr掺 杂可以是调节CMR效应的有效方法。这些研究结果对认清巨磁电阻机制以及探索新型磁电阻材料 都提供了重要的信息。第四章研究了钙钛矿结构钴氧化物的磁电阻效应以及Fe掺杂对La0.6 7Sr0.33CoO3的影响。首先介绍了钴氧化物的基本物理性质以及其独特的自旋态转变现 象。然后研究了一个典型钴氧化物磁电阻材料La0.67Sr0.33CoO3中的Fe掺杂效 应，通过与锰氧化物中的F掺杂效应相比较，发现两者的磁电阻机制可能不同，并提出了磁场导致 的自旋态转变来解释钴氧化物中的磁电阻效应。第五章对直接Mn位掺杂体系（即LaMn1-x CuxO3和LaMn1-xCrxO3）的磁性、电输运、磁电阻、红外声子谱、电子自旋共振 谱等物理性质进行了深入地研究。实验结果证明可以通过直接在锰位掺入+2价离子（如Cu）来 获得双交换铁磁性和大的磁电阻；同时，对LaMn1-xCrxO3的研究表明Mn3+-O- Cr3+可能是一种类似于Mn3+-O-Mn4+的双交换作用，并比较了两种双交换作用的异 同。第六章研究了混价锰氧化物种的输运机制。第一节介绍了铁磁金属态的输运行为和可能的输运 机制；第二节对关于顺磁半导体态的输运机制的各种观点做了总结；第三节在前人理论的基础上， 考虑到同时存在强的电-声相互作用以及强烈的无序，提出一种新的极化子输运机制—小极化子的 变程跳跃。第七章研究了巨磁电阻锰氧化物的磁热效应，以探索应用于磁致冷技术的新型磁制冷剂 。其中第一节介绍了磁热效应的原理以及磁制冷的研究历史与背景；第二节讨论了磁热理论和磁熵计算；第三节介绍了巨磁电阻锰氧化物中的大的磁热效应，并研究了几个典型材料的磁熵变化。关键词：超大磁电阻效应、极化子、双交换作用、变程跳跃、磁热效应
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