強關(guān)聯(lián)材料LaTiO-,3-和NdTiO-,3-物理性質(zhì)及應(yīng)用研究.pdf

1、在高溫超導(dǎo)機理研究的推動下，過渡族金屬氧化物L(fēng)aTi0<,3>和NdTi0<,3>因為其隨著摻雜能發(fā)生金屬絕緣相的轉(zhuǎn)變而引起了人們的興趣。但是對LaTi0<,3>和NdTi0<,3>摻雜的研究更多的是集中在A位離子摻二價元素，比如Sr2＋，Ba2＋，Ca2＋等，摻雜后Ti的3d電子數(shù)目從d<'1>變化到d<'0>。Amow曾經(jīng)指出隨著二價元素的摻雜，La<,l-x>Sr<,x>Ti0<,3>會經(jīng)歷兩個金屬絕緣相轉(zhuǎn)變。同時，本研究可以想到

2、另外一種改變Ti3d電子數(shù)目的方法，就是改變氧含量，當(dāng)氧含量從3.0變化到3.5時，3d電子的數(shù)目也從d<'1>變化到了d<'0>。研究氧含量的改變對LaTi0<,3+x>和NdTi0<,3+x>電子關(guān)聯(lián)性質(zhì)的影響將是非常有意義的。另一方面，從電子材料的應(yīng)用角度講，人們更關(guān)注薄膜材料在信息、通信等領(lǐng)域的應(yīng)用。但是在La-Ti-O體系的研究中，有關(guān)薄膜的報道是比較少的。 本研究使用脈沖激光沉積技術(shù)得到了LaTi0<,3+x>薄膜，

3、并對薄膜的結(jié)構(gòu)和輸運性能進行了詳細(xì)的研究。薄膜X射線衍射的結(jié)果表明隨著生長氧壓的增加，薄膜θ-2θ衍射的特征峰出現(xiàn)的角度降低，表明相應(yīng)晶面間距的變化。高能電子衍射儀的原位觀測結(jié)果表明生長的薄膜是外延生長的，具有較高的結(jié)晶質(zhì)量和較平滑的表面。本研究重點對LaTi0<,3+x>薄膜的輸運性質(zhì)進行了詳細(xì)的研究，研究結(jié)果表明，所有的薄膜在約200 K的溫度區(qū)間內(nèi)，電阻率隨溫度的平方線性變化，表明金屬的費米液體行為決定了薄膜的輸運性質(zhì)。隨著氧含量

4、的增加，電阻率對溫度平方的斜率系數(shù)A增大，這一現(xiàn)象是由于陽離子空位所引起的局域化效應(yīng)造成的。在薄膜沉積過程中多余的氧會導(dǎo)致陽離子空位的產(chǎn)生。在低溫下，隨著溫度的降低，薄膜的電阻率先降低然后再增大，出現(xiàn)一個極小值點，這個極小值點對應(yīng)的轉(zhuǎn)變源于陽離子空位所引起的局域化效應(yīng)。對于0.5Pa和5Pa氧壓下生長的樣品，在高溫下，隨著溫度的升高，電阻率首先增加，在某一臨界溫度時，隨著溫度的升高，電阻率開始降低。這一現(xiàn)象很可能是因為t軌道在高溫下的有

5、序無序的轉(zhuǎn)變造成的。為了研究薄膜載流子類型和載流子濃度，本研究對薄膜進行了Hall測量，測量結(jié)果表明，所有的薄膜都是電子型的載流子，而且霍爾系數(shù)隨著溫度的變化而變化。本研究對這一依賴溫度變化的霍爾系數(shù)進行了討論。 本研究在研究了NdTiO<,3+δ>薄膜輸運性質(zhì)的基礎(chǔ)上，嘗試對NdTiO<,3+δ>薄膜摻雜來做錳氧化物p-n結(jié)的n型材料。p-n結(jié)在各種各樣的半導(dǎo)體器件中得到廣泛的應(yīng)用，跟傳統(tǒng)的半導(dǎo)體p-n結(jié)對比，用錳氧化物制備的

6、p-n結(jié)會表現(xiàn)出更多的奇特的性能，比如受控于外加磁場、電場、光的性能，所以錳氧化物制備的p-n結(jié)在應(yīng)用方面引起了更多的興趣；而且錳氧化物p-n結(jié)被期待著能在高溫下應(yīng)用。這些都是優(yōu)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體p-n結(jié)的特點。研究發(fā)現(xiàn)，NdTi03+s薄膜的導(dǎo)電性隨著生長氧壓的變化而變化，在生長氧壓高于1.0×10<'-2>Pa時薄膜不導(dǎo)電，但是為了保證La<,2/3>Ca<,1/3>MnO<,3>材料的半金屬鐵磁性，通常需要比較高的生長氧壓。本研究工作中