鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物薄膜的制備及其物性研究.pdf

1、自從二十世紀(jì)九十年代發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物具有巨磁電阻效應(yīng)以來，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物的巨磁電阻效應(yīng)成為了人們關(guān)注的熱點。由于巨磁電阻效應(yīng)在工業(yè)上具有很大的應(yīng)用背景，如信息存儲領(lǐng)域中的磁記錄，磁頭和傳感器等方面的應(yīng)用。然而，這些應(yīng)用主要是基于薄膜的特性。從基礎(chǔ)研究上來講，這些錳氧化物表現(xiàn)出豐富的物理內(nèi)容，如順磁-鐵磁相變伴隨絕緣-金屬相變，電荷軌道有序，相分離，Jahn-Teller畸變，雙交換模型以及各種相互作用之間的耦合，這些復(fù)雜的

2、現(xiàn)象激發(fā)了物理學(xué)研究人員的研究興趣。更重要的是，從應(yīng)用研究上來講，對巨磁阻薄膜的研究和探索，不僅對當(dāng)前的自旋電子學(xué)的應(yīng)用有重要意義，而且為全氧化物或氧化物-金屬原型薄膜器件的研制提供了有效途徑。 本論文通過對鈣鈦礦錳氧化物外延膜的氧含量、應(yīng)力與厚度效應(yīng)的研究，探討了錳氧化物外延膜的結(jié)構(gòu)畸變與磁性和輸運性質(zhì)的關(guān)系，特別是不同氧壓與超薄薄膜的結(jié)構(gòu)與輸運性質(zhì)的關(guān)系，晶格失配應(yīng)變與厚度效應(yīng)等進(jìn)行了深入的探討。下面是整個論文的主要內(nèi)容(共

3、四章)。 第一章全面介紹了巨磁阻錳氧化物的物理和薄膜的研究狀況。首先回顧了錳氧化物的各種性質(zhì)，如晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)，雙交換模型，電荷有序，輸運性與巨磁效應(yīng)，相分離，摻雜效應(yīng)等。最后討論了錳氧化物外延薄膜的制備方法，及影響錳氧化物薄膜結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)的相關(guān)因素以及在制備薄膜時需要注意的問題。 第二章以Nd<,0.7>Sr<,0.3>MnO<,3>(NSMO)外延薄膜為研究對象，主要討論不同氧壓對Nd<,0.7>Sr<,0.3

4、>MnO<,3>(NSMO)外延薄膜的微結(jié)構(gòu)及電磁性能的影響。通過研究不同氧含量與外延膜的厚度效應(yīng)的關(guān)系，指出超薄薄膜的結(jié)構(gòu)和電阻/磁轉(zhuǎn)變主要依賴于不同氧壓；而對于較厚的薄膜，其結(jié)構(gòu)和電磁性既受氧壓也受后處理過程控制，這是由于較厚的膜薄中出現(xiàn)了柱界，柱界在后處理過程中吸附氧原子造成的。因此，為了制備高質(zhì)量的巨磁阻超薄薄膜，需要高的制備氧壓。另外，退火溫度對薄膜的微結(jié)構(gòu)和電磁性能也有一定的影響。 第三章研究了晶格失配應(yīng)變引起的晶格

5、畸變對Nd<,0.7>Sr<,0.3>MnO<,3>(NSMO)外延膜的結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)的影響。實驗研究指出薄膜的應(yīng)變狀態(tài)直接地影響薄膜的輸運行為。對共格外延的薄膜，其結(jié)構(gòu)和電磁性質(zhì)主要依賴于晶格失配應(yīng)變(即J-T)和薄膜厚度。薄膜與襯底的晶格失配越大，發(fā)生晶格馳豫的厚度越小，且隨著膜厚的增加，金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變溫度T<,p>更快的趨近于單晶塊材的T<,p>。因此，為制備高性能的巨磁阻薄膜，晶格失配必須被考慮。 第四章以La<,0.

6、7>Sr<,0.3>MnO<,3>(LSMO)外延薄膜為研究對象，研究了不同厚度的外延膜引起的外延膜電阻率的變化。不同厚度的La<,0.7>Sr<,0.3>MnO<,3>(LSMO)外延薄膜被沉積到立方相的LaAlO<,3>(001)單晶襯底上，XRD測試結(jié)果顯示，LSMO外延膜的結(jié)構(gòu)是單相的，具有與襯底相同的晶格取向；隨著膜厚的增加，LSMO外延膜的晶格經(jīng)歷應(yīng)變到馳豫的變化。電阻測量顯示，應(yīng)變馳豫的薄膜(較厚的薄膜)有較大的電阻率，這