졸-겔법으로 합성한 페롭스카이트 La0.7+ySr0.3+zMn1+xO3에서 양이온 과잉 첨가가전기비저항 및 저자기장 자기저항 특성에 미치는 영향 = Effect of Excess Cation Doping on Electrical Resistivity and Low-Field Magnetoresistance of Sol-Gel Synthesized Perovskite La0.7+ySr0.3+zMn1+xO3

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 졸-겔(sol-gel) 방법으로 페롭스카이트 망간산화물 La0.7Sr0.3MnO3와 양이온 La, Sr 및 M n 중 하나의 함량을 초과시킨 조성 La0.7+ySr0.3+zMn1+xO3(x = 0.3, 1.0; y = 0.1, 0.2; z = 0.1, 0.2)을 합성하여 이들 시료들의 결정 구조, 미세 구조, 전기적 및 자기저항 특성에 미치는 영향을 조사하였다. X선 회절 분석 결과, Mn, La, Sr의 초과 첨가에 따라 다양한 이차상이 형성되었으며, 주상인 페롭스카이트 결정 구조에서 미세한 조성 변화가 관찰되었다. 전기비저항 측정에서는 다공성 미세 구조에 도 불구하고 일부 조성에서 오히려 저항이 감소하는 결과를 보였으며, 이는 결정립계 특성의 변화에 기인한 것으로 해석된다. 상온 5 kOe 자기장 조건에서의 자기저항(MR) 특성은 기본 조성인 La0.7Sr0.3MnO3에서 MR = 2.66%가 얻어진 데 비해, La를 과량 첨가한 시료들(y = 0.1, 0.2)은 각각 MR = 3.0%, 3.3%로 자기저항 특성의 향상을 보였다. 이는 과첨가된 La에 의해 2차상이 형성되고, LSMO 결정립계 특성이 스핀 의존 산란을 강화시키는 방향으로 변화되었기 때문으로 판단된다. 이러한 조성 제어를 통한 자기저항 특성의 향상은 자자기 센서, 모터 회전 감지 센서, 환경 자기장 검출용 센서 등 다양한 응용 분야에서의 활용 가능성을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, perovskite manganites of base composition La0.7Sr0.3MnO3 and cation-excess compositions La0.7+ySr0.3+zMn1+xO3 (x =0.3, 1.0; y = 0.1, 0.2; z = 0.1, 0.2) were synthesized using the sol-gel method, in which the content of one of the cations—La, Sr, or Mn—was increased. The effects of these compositional variations on the crystal structure, microstructure, electrical, and magnetoresistance properties of the samples were investigated. X-ray diffraction analysis revealed the formation of various secondary phases due to the excess addition of Mn, La, and Sr, along with subtle compositional changes in the dominant perovskite crystal structure. Despite the porous microstructure, electrical resistivity measurements showed a decrease in resistivity for certain compositions, which is attributed to changes in grain boundary characteristics. Under a 5 kOe magnetic field at room temperature, the magnetoresistance (MR) of the stoichiometric La0.7Sr0.3MnO3 was 2.66%, whereas the La-rich samples (y = 0.1, 0.2) exhibited enhanced MR values of 3.0% and 3.3%, respectively. This improvement is considered to result from the formation of secondary phases and changes in the grain boundary properties of LSMO, which enhance spin-dependent scattering. The enhancement of magnetoresistance through compositional control suggests potential applicability in various sensor devices, such as self-magneticsensors, motor rotation detectors, and environmental magnetic field sensors.