鈣鈦礦氧化物超晶格的制備與電磁性能研究.pdf

1、由于豐富有趣的物理內(nèi)涵以及工藝上潛在的應(yīng)用價(jià)值，鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)一直是材料科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究之一。它不僅有助于我們更深入地理解強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中的軌道，晶格，電子自旋與電荷自由度在界面處的相互作用，同時(shí)對(duì)于我們了解結(jié)構(gòu)與物理性能之間的關(guān)系并對(duì)多功能的材料的研發(fā)有非常重要的意義。而隨著外延薄膜制備技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，許多有趣的界面現(xiàn)象也陸續(xù)被科研者們發(fā)現(xiàn)。比如兩種反鐵磁材料的界面出現(xiàn)鐵磁性，甚至超導(dǎo)性，非極性的AFD模式能夠誘導(dǎo)出非常規(guī)

2、的鐵電性等等。而這些新奇現(xiàn)象的出現(xiàn)都與界面處的八面體畸變和旋轉(zhuǎn)耦合以及電荷轉(zhuǎn)移、自旋阻挫等界面效應(yīng)緊密相連。此外，由于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)出眾的外延性，其薄膜器件對(duì)于研究鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料的多功能集成有著重大的意義。于是，本論文選取典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)龐磁阻(CMR)材料錳氧化物L(fēng)a0.7Sr0.3MnO3與La0.67Ca0.33MnO3，與結(jié)構(gòu)性質(zhì)突出的SmFeO3和巡游鐵磁材料SrRuO3制備成高質(zhì)量的外延超晶格結(jié)構(gòu)。一方面通過應(yīng)力狀態(tài)來調(diào)制氧八

3、面體的畸變與旋轉(zhuǎn)模式，達(dá)到對(duì)其電磁性質(zhì)的調(diào)控，另一方面則通過電荷轉(zhuǎn)移等界面效應(yīng)提高超薄LCMO的電磁性能。
　　本論文總共分六章。
　　第一章作為論文的緒論部分，我們首先介紹了典型的鈣鈦礦氧化物材料的晶格結(jié)構(gòu)及其基本物性。緊接著就從兩個(gè)方面入手，一方面闡述了外延應(yīng)力和界面耦合以及超短超晶格的形成對(duì)界面處八面體的畸變與旋轉(zhuǎn)模式的影響及其對(duì)物理性能的調(diào)節(jié)，另一方面則介紹了電荷有序和自旋阻措等界面效應(yīng)對(duì)鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結(jié)的性能調(diào)控

4、，為我們接下來探究超晶格的結(jié)構(gòu)以及界面效應(yīng)對(duì)電磁性能的影響作鋪墊。
　　第二章在這一章節(jié)中，我們?cè)敿?xì)地介紹了實(shí)驗(yàn)中超晶格薄膜樣品制備所使用的脈沖激光沉積系統(tǒng)(PLD)，以及原子力顯微鏡(AFM)，X射線衍射(XRD)，倒易空間圖測(cè)量(RSM)，以及低溫測(cè)量系統(tǒng)（VSM、SQUID和PPMS）等等樣品性能表征手段。
　　第三章我們選取正交性較強(qiáng)的SmFeO3(SFO)與生長(zhǎng)過程中容易出疇的菱形結(jié)構(gòu)的La0.7Sr0.3MnO3

5、(LSMO)正交對(duì)稱的NdGaO3襯底上制備得到超晶格，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)與電磁性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)了與單層LSMO薄膜中截然不同的應(yīng)力弛豫機(jī)制，并且隨著LSMO與SFO相對(duì)厚度的變化，應(yīng)力狀態(tài)的逐漸改變也伴隨著易磁化軸以及電磁轉(zhuǎn)變溫度的變化，證明了超晶格界面處的結(jié)構(gòu)與物理性能之間的關(guān)聯(lián)。
　　第四章選取了廣為研究的CMR錳氧化物L(fēng)a0.67Ca0.33MnO3(LCMO)和巡游鐵磁材料SrRuO3(SRO)交替生長(zhǎng)制備得到了高質(zhì)量外延超晶

6、格。在超薄的超晶格樣品中，其順磁絕緣態(tài)-鐵磁金屬態(tài)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到LCMO塊材水平，且不受LCMO和SRO單層厚度的影響。排除外延應(yīng)力以及界面元素混合等因素，我們考慮是界面處SRO中巡游電子的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致LCMO層中Mn3+與Mn4+離子比例的改變，增強(qiáng)了其雙加換作用，提高了其電磁轉(zhuǎn)變溫度。
　　第五章為了進(jìn)一步研究具有磁電耦合效應(yīng)潛質(zhì)的材料，我們探究高質(zhì)量的DyFeO3外延薄膜的制備條件。通過改變襯底以及薄膜生長(zhǎng)過程的氧壓，得到其最佳