Bi3?掺杂Sm0.55Sr0.45MnO3的结构与磁热电性能增强及其传感应用潜力

本文研究了Bi3?掺杂对Sm0.55Sr0.45MnO3（SSMO）结构、磁性和磁输运特性的影响。研究发现，Bi掺杂（x=0.10）可诱导晶格畸变，显著增强磁阻（MR）效应（提升约12倍）和电阻温度系数（TCR）（从~11%增至~24%），并改变载流子输运机制（从t2g到eg能带跃迁，VRH和SPH模型），为高性能磁传感器和热电器件设计提供了新思路。

　　

Highlight

Bi掺杂显著增强了Sm_0.55Sr_0.45MnO₃的磁阻性能：在x = 0.10的掺杂样品中，其峰值磁阻（MR）相较于未掺杂样品提高了约12.1倍（1 T）、12.0倍（5 T）和12.0倍（8 T）。同时，电阻温度系数（TCR）也从~11% 大幅提升至~24%，这表明电阻转变过程变得更加尖锐。这些改进凸显了Bi掺杂在提升材料场敏感性和热敏感性方面的巨大潜力。

Conclusion

Bi掺杂对Sm_0.55Sr_0.45MnO₃的结构和磁输运特性产生了深远影响。掺杂样品（x = 0.10）的峰值磁阻（MR）在1 T、5 T和8 T磁场下均比未掺杂样品高出约12倍，证明了Bi引入对场敏感性的强大增强作用。同样，电阻温度系数（TCR）也得到显著改善，从~11% 增加到~24%，反映了更尖锐的金属-绝缘体转变。在5 K低温下的磁滞回线显示，Bi掺杂降低了饱和磁化强度和矫顽力，这表明长程铁磁有序受到抑制，铁磁（FM）与反铁磁（AFM）相之间的竞争加剧。从10 K到300 K的热电势（S）测量揭示了载流子类型的转变：高温下为负值（n型导电），低温下为正值（p型导电），这与从t_2g到e_g能带的电子跃迁以及自旋极化效应相符。低温电阻率遵循莫特可变程跳跃（Mott's VRH）模型（局域化长度约2.22 nm^-1），而高温下的导电机制则由非绝热小极化子跳跃（SPH）主导。这些结果共同表明，Bi的掺入增强了载流子的局域化和自旋相关的散射效应，从而产生了卓越的磁阻效率和热灵敏度，为潜在的传感应用铺平了道路。