CrO2外延薄膜和TiO2-CrO2殼層納米結(jié)構(gòu)的制備及物性研究.pdf

1、半金屬鐵磁體兼具特殊的能帶結(jié)構(gòu)和極高的自旋極化率，在自旋電子學(xué)領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注。作為新興的自旋電子學(xué)材料，它有著廣闊的應(yīng)用前景。早在1975年，Julliere就在Co、Fe兩鐵磁層中間夾著非磁絕緣層Ge的三明治結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了TMR效應(yīng)，其磁電阻隨著兩鐵磁層的自旋極化率增大而增大。隨后在1988年，Grünberg和Fert等人在(Fe/Cr)n多層膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻(GMR)效應(yīng)。這些效應(yīng)都與材料的磁性及自旋極化率密切相關(guān)。上世紀(jì)九十

2、年代開始，鐵磁性半金屬這種高自旋極化率的鐵磁性材料引起了研究者的重視，人們試圖將其應(yīng)用到自旋電子學(xué)器件中。其中，CrO2作為典型的鐵磁性半金屬材料，具有100％自旋極化率、良好的金屬導(dǎo)電性和較高的居里溫度，因而它有著極大的研究價值。然而CrO2在常溫常壓下為亞穩(wěn)態(tài)的，其制備面臨很大的挑戰(zhàn)。到目前為止，人們已經(jīng)對CrO2粉末壓結(jié)體，CrO2薄膜，CrO2納米材料的制備開展了一定的研究。在薄膜制備方面，已有研究者利用化學(xué)氣相沉積方法在(10

3、0) TiO2及(0001)Al2O3襯底上制備出了單晶CrO2薄膜，而對于其它襯底的探索則較少。此外還有研究者利用CrO2的選擇性生長制備了CrO2納米結(jié)構(gòu)，其方法繁瑣且成本較高。本論文中，我們分別制備了CrO2單晶薄膜和CrO2納米棒狀殼層結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)研究了它們的結(jié)構(gòu)、形貌、磁性和輸運等方面的性質(zhì)。具體工作和結(jié)論如下:
　　第一，在(110)和(001)兩個取向的TiO2/MgF2襯底上分別成功外延生長出了(110)和(001

4、)取向的單晶CrO2薄膜。通過測試與分析，該薄膜具有以下性質(zhì)。
　　結(jié)構(gòu)與形貌:(110)取向的CrO2薄膜對應(yīng)衍射峰相對于塊狀材料沒有發(fā)生偏移，而(001)取向的CrO2薄膜對應(yīng)衍射峰相對于塊狀材料有所偏移。這是受薄膜與襯底之間應(yīng)力影響的結(jié)果。(110)和(001)取向的CrO2薄膜有不同的生長模式，分別呈層狀和島狀生長。(110)比(001)取向的CrO2薄膜表面粗糙度低。
　　磁性與輸運:在(110)和(001)取向的

5、CrO2薄膜中，都觀察到了很強的磁各向異性。其中生長(110)CrO2薄膜其飽和磁化強度為267emu/cm3。在低溫下的CrO2薄膜磁電阻主要受洛倫茲力（高場下）和晶界間自旋相關(guān)散射的隧穿作用（低場下）影響，這與晶界密度、薄膜質(zhì)量等有關(guān)，因此(110)取向的CrO2薄膜比(001)取向的CrO2薄膜的磁電阻小。隨著溫度升高，隧道磁電阻減弱，室溫下磁電阻為負(fù)，并隨磁場線性變化，這是受雙交換機制作用的結(jié)果。室溫下，反?；魻栃?yīng)起主導(dǎo)作用;