Al2 O3 调控Pr0.67 Sr0.33 MnO3 电输运行为的机制研究：从晶界修饰到导电模型解析

为解决绝缘相调控钙钛矿锰氧化物电输运性能的机制问题，研究人员通过溶胶-凝胶法制备了Pr0.67 Sr0.33 MnO3 /Al2 O3 复合材料，发现Al2 O3 通过晶界效应提升电阻率并降低金属-绝缘体转变温度（TMI ），揭示了小极化子跳跃（SPH）和变程跳跃（VRH）在绝缘区的主导作用，为优化锰基复合材料性能提供了理论依据。

　　

在当今材料科学领域，钙钛矿锰氧化物因其独特的 colossal magnetoresistance（CMR，巨磁阻效应）和可调控的电输运特性，成为磁存储和自旋电子器件的热门候选材料。其中，Pr_0.67
Sr_0.33
MnO₃
（PSMO）因其室温附近的陡峭磁转变和稳定的铁磁-反铁磁共存态备受关注。然而，如何通过材料设计进一步优化其性能仍是挑战。传统A位掺杂虽能调节性质，但晶界效应常被忽视。近年来，引入绝缘相修饰晶界成为新思路，但Al₂
O₃
这种高绝缘性、耐高温的材料却鲜有研究。

为解决这一问题，马来西亚普特拉大学的研究团队通过溶胶-凝胶法制备了不同Al₂
O₃
比例的PSMO复合材料，系统研究了Al₂
O₃
对结构和电输运行为的影响，相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds Communications》。研究采用X射线衍射（XRD）分析相组成，结合电阻率测量和理论模型拟合，揭示了Al₂
O₃
的晶界主导作用及其对导电机制的调控规律。

Material and methods
研究分两阶段进行：首先通过溶胶-凝胶法制备PSMO母相，随后掺入纳米Al₂
O₃
（比例x=0.00-0.10）。前驱体经硝酸盐混合、凝胶化及高温煅烧后，采用XRD表征结构，四探针法测量电阻率。

X-ray diffraction (XRD) analysis
XRD显示仅x=0.10样品出现Al₂
O₃
衍射峰，表明低浓度Al₂
O₃
主要富集于晶界。PSMO晶格参数无显著变化，排除了Al³⁺
取代Mn位的可能性。

Electrical transport properties
Al₂
O₃
的引入使电阻率升高，T_MI
向低温移动（如x=0.10样品T_MI
降低约40K）。金属区导电符合Zener双交换多项式规律，绝缘区则遵循SPH和VRH模型。活化能（E_A
）随Al₂
O₃
增加而升高，费米能级态密度N(E_F
)降低，证实晶界势垒对载流子的限制作用。

Conclusion
该研究证实Al₂
O₃
通过晶界效应而非体相掺杂调控PSMO电输运行为：一方面增加晶界散射使电阻率上升，另一方面通过降低载流子迁移率使T_MI
偏移。理论模型表明，渗流效应主导全温区导电行为，而SPH和VRH分别解释中低温区的热激活输运。这些发现为设计高性能锰基功能材料提供了新思路，特别是晶界工程在优化磁电耦合性能中的应用潜力。

研究的意义不仅在于阐明了Al₂
O₃
-PSMO体系的构效关系，更建立了绝缘相-锰氧化物复合材料的普适性分析框架，为后续开发室温磁传感器等器件奠定了理论基础。