過渡金屬氧化物薄膜電磁性質(zhì)的應(yīng)變調(diào)控.pdf

1、近年來，鈣鈦礦型錳氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究引起人們的廣泛關(guān)注。這是因?yàn)?一方面，作為強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中的典型材料，錳氧化物有著豐富的相圖和有趣的物理現(xiàn)象，例如龐磁電阻效應(yīng)，電荷/軌道有序以及不同的磁結(jié)構(gòu)。另一方面，由于錳氧化物中存在電子、自旋、軌道和晶格等多個(gè)自由度間的強(qiáng)烈耦合，其物理性質(zhì)極易受到如外延應(yīng)力等外加作用的調(diào)控。因此，研究基于錳氧化物材料的異質(zhì)外延體系中的應(yīng)變-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系對(duì)理解鈣鈦礦異質(zhì)外延體系中界面效應(yīng)和相關(guān)的多功能電子器件的實(shí)

2、現(xiàn)都有著重要意義?；谶@個(gè)考慮，本文主要研究了襯底的靜態(tài)外延應(yīng)變和壓電襯底逆壓電效應(yīng)導(dǎo)致的原位動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)錳氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)中電磁性質(zhì)的調(diào)控。全文的安排如下:
　　第一章介紹了類鈣鈦礦型錳氧化物特別是錳氧化物薄膜的研究概況，從錳氧化物研究的歷史脈絡(luò)開始，逐步介紹其晶體結(jié)構(gòu)、基本物理機(jī)制、相分離。然后重點(diǎn)介紹錳氧化物外延薄膜應(yīng)變調(diào)控相關(guān)的研究進(jìn)展，最后再討論錳氧化物外延薄膜中的三種各向異性效應(yīng)。
　　第二章主要討論薄膜樣品的制備方

3、法，表征手段以及各種物性測(cè)量方法。在薄膜制備方面將介紹磁控濺射、脈沖激光沉積以及化學(xué)氣相沉積三種不同的薄膜制備方法。樣品結(jié)構(gòu)表征上主要討論X射線衍射包括倒易點(diǎn)陣的相關(guān)技術(shù)及原子力顯微鏡的兩種測(cè)量手段。物性測(cè)量主要包括電輸運(yùn)測(cè)量、磁性測(cè)量以及各種儀表之間通過Labview軟件編程控制的靈活聯(lián)用。
　　第三章系統(tǒng)研究了典型相分離的錳氧化物L(fēng)a0.325Pr0.3Ca0.375MnO3薄膜在各向異性應(yīng)力作用下的磁各向異性、各向異性電阻以

4、及各向異性磁阻等不同的電磁各向異性效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)在金屬絕緣體轉(zhuǎn)變溫度附近，在30nm的LPCMO薄膜中各向異性誘導(dǎo)的各向異性電阻可高達(dá)105％。隨著薄膜厚度增加至120nm，各向異性應(yīng)力發(fā)生明顯的弛豫，薄膜中的各向異性效應(yīng)相應(yīng)地發(fā)生明顯的減弱，降低了將近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。為了更好理解如此巨大的各向異性電阻和磁阻和應(yīng)變調(diào)控的相分離花樣的關(guān)系，我們應(yīng)用磁力顯微鏡對(duì)薄膜樣品的磁疇進(jìn)行了直接的觀測(cè)。發(fā)現(xiàn)薄膜中的鐵磁疇沿著張應(yīng)變更大的方向取向生長(zhǎng)，形成

5、鐵磁金屬態(tài)-反鐵磁絕緣態(tài)交替排列的條紋狀相分離結(jié)構(gòu)。從應(yīng)用的角度來看，如此大幅度可調(diào)的各向異性電阻以及各向異性磁阻可能在將來的多功能器件設(shè)計(jì)上具有潛在的應(yīng)用。
　　第四章系統(tǒng)研究了錳氧化物薄膜/壓電襯底異質(zhì)結(jié)中動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)錳氧化物薄膜輸運(yùn)性質(zhì)的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)在La0.7Ca0.3MnO3/SrTiO3/PMN-PT異質(zhì)結(jié)中緩沖層的插入能夠?qū)?yīng)變的傳遞效率提高將近3倍，同時(shí)巧妙運(yùn)用應(yīng)變效應(yīng)的易失性和鐵電場(chǎng)效應(yīng)的非易失性通過兩種測(cè)量模式

6、將這兩種效應(yīng)定量地進(jìn)行了區(qū)分。此外在LPCMO/PMN-PT異質(zhì)結(jié)中也發(fā)現(xiàn)了應(yīng)變對(duì)相分離的調(diào)控，主要表現(xiàn)為極化電場(chǎng)對(duì)薄膜電阻-溫度曲線的熱滯效應(yīng)的極大增強(qiáng)，但是對(duì)各向異性電阻的調(diào)控并不明顯。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于今后的器件設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。
　　第五章系統(tǒng)研究了CrO2單晶外延薄膜的磁熱效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)CrO2薄膜中存在著巨大的磁熱效應(yīng)。我們通過測(cè)量等溫磁化曲線計(jì)算得到該薄膜在5T磁場(chǎng)下居里溫度385K附近的磁熵變可高達(dá)8.46 J·k