外延鐵氧化物薄膜及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的各向異性.pdf

1、鐵氧體材料，如半金屬Fe3O4材料和自旋過濾NiFe2O4、CoFe2O4、γ-Fe2O3材料等具有居里溫度高、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，近年來在自旋電子學(xué)研究領(lǐng)域備受關(guān)注。我們用多對靶磁控濺射系統(tǒng)制備了多晶、外延Fe3O4薄膜，外延γ-Fe2O3薄膜和外延Fe3O4/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分析了樣品的結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)和電輸運(yùn)性質(zhì)。
　　 通過對在不同溫度下、不同基底上制備的外延尖晶石Fe3O4和γ-Fe2O3薄膜的研究，發(fā)現(xiàn)選擇晶格失配度小的

2、單晶基底、降低沉積速率以及提高基底溫度可以更容易實(shí)現(xiàn)Fe3O4和γ-Fe2O3薄膜的外延生長。晶粒邊界處的反鐵磁耦合強(qiáng)度決定了多品和外延Fe3O4薄膜的磁性和磁輸運(yùn)特性。外延Fe3O4薄膜的蝴蝶狀雙峰磁電阻與薄膜中反鐵磁耦合的反相邊界密切相關(guān)，低場磁電阻的峰值位置與磁滯回線的矯頑力相對應(yīng)，高場磁電阻隨磁場呈線性變化。這是遠(yuǎn)離反相邊界的磁矩先轉(zhuǎn)到外磁場方向、高場下靠近邊界的磁矩緩慢趨向于外磁場方向以達(dá)到能量最低狀態(tài)所導(dǎo)致的。反應(yīng)濺射法制備

3、的不同厚度的外延γ-Fe2O3薄膜的磁化強(qiáng)度基本保持了塊體的飽和磁化強(qiáng)度值(～390 emu/cm3)，矯頑力隨著厚度的增大而增大。
　　 我們在外延Fe3O4薄膜中觀察到了用傳統(tǒng)兩重軸對稱的各向異性磁電阻理論無法解釋的四重軸對稱的各向異性磁電阻。我們認(rèn)為，隨磁場增大而增大的四重軸對稱的各向異性磁電阻與薄膜的磁晶各向異性和本征生長缺陷反相邊界密切相關(guān)。低場時，散射主要由遠(yuǎn)離邊界的磁矩產(chǎn)生，當(dāng)磁場在薄膜表面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，遠(yuǎn)離邊界的磁矩

4、始終都與外磁場同向，感受不到磁晶各向異性的影響，表現(xiàn)為傳統(tǒng)的兩重軸對稱的各向異性磁電阻；在高場下，散射主要來自反相邊界附近的磁矩，磁晶各向異性場輔助外磁場進(jìn)一步一致排列邊界附近的磁矩，輸運(yùn)的極化子感受到正弦變化的散射幾率，從而得到了高場下的四重軸對稱的各向異性磁電阻。
　　 Fe3O4(111)/ZnO(0001)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的電子輸運(yùn)在T<30 K下為熱離子擴(kuò)散和發(fā)射機(jī)制。在30 K時，F(xiàn)e3O4/ZnO異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有0.51 e