La2-3Ca1-3MnO3-CaRu1-xTixO3多層膜界面及層分辨的反鐵磁層間耦合的發(fā)現(xiàn).pdf

1、關(guān)聯(lián)氧化物界面存在晶格、電荷、自旋、軌道多自由度的復(fù)雜耦合，能導(dǎo)致極為豐富的界面電子態(tài)，是近些年來(lái)凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)和前沿。在這些層出不窮的氧化物界面研究中，龐磁阻錳氧化物界面吸引了廣泛的關(guān)注。由于錳氧化物中各種相互作用的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)界面處的結(jié)構(gòu)變化和電子重構(gòu)十分敏感，形成界面不僅能誘導(dǎo)出異于塊材的新物相，還能通過(guò)界面工程有效地調(diào)控錳氧化物功能性。鐵磁基態(tài)的錳氧化物因?yàn)槠浒虢饘傩栽谧孕娮訉W(xué)器件中有潛在應(yīng)用，然而維度降低通常導(dǎo)致其磁性蛻化，

2、界面磁性“死層”限制了相關(guān)器件的進(jìn)一步發(fā)展。通過(guò)修飾界面效應(yīng)穩(wěn)定錳氧化物薄層中的鐵磁序一直被人們寄予厚望。另一方面，由全氧化物構(gòu)成的人工反鐵磁結(jié)構(gòu)極為罕見(jiàn)，這也一定程度上限制于氧化物磁性薄膜中普遍存在的死層效應(yīng)。本論文在實(shí)現(xiàn)La2/3Ca1/3MnO3超薄膜鐵磁序控制的基礎(chǔ)上，在La2/3Ca1/3MnO3/CaRu1/2Ti1/2O3多層膜中首次觀察到層分辨的反鐵磁層間耦合現(xiàn)象，極大地豐富了氧化物多層膜的功能性。
　　本論文包含

3、了六章內(nèi)容。
　　第一章我們概述了關(guān)聯(lián)氧化物界面常見(jiàn)的重構(gòu)現(xiàn)象，包括結(jié)構(gòu)重組、電荷轉(zhuǎn)移以及自旋/軌道重構(gòu)。接著我們具體論述了磁性氧化物異質(zhì)結(jié)中界面重構(gòu)相關(guān)的磁結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)及調(diào)控。最后我們回顧了金屬及氧化物人工反鐵磁結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀。
　　第二章我們簡(jiǎn)單介紹了本實(shí)驗(yàn)中多層膜樣品的制備及表征手段，包括多晶靶材制備、脈沖激光沉積技術(shù)、X射線衍射及倒空間掃描、斷面掃描透射電鏡表征以及低溫電、磁學(xué)性質(zhì)測(cè)量等。
　　第三章通過(guò)設(shè)計(jì)CaR

4、uO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3三明治結(jié)構(gòu)，利用界面處CaRuO3向La2/3Ca1/3MnO3層的電子轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)了超薄情形下La2/3Ca1/3MnO3層的雙交換作用及鐵磁序。即使La2/3Ca1/3MnO3層厚度僅為四個(gè)單胞層（1.6nm），體系居里溫度(TC)仍能維持在～250 K。
　　第四章通過(guò)對(duì)鄰近層CaRuO3化學(xué)摻雜，改變界面電荷轉(zhuǎn)移幅度及軌道占據(jù)態(tài)，我們實(shí)現(xiàn)了CaRu1-xTixO3/La2/3

5、Ca1/3MnO3/CaRu1-xTixO3(0≤x≤0.8)三層膜中TC的連續(xù)控制，從x=0時(shí)的262 K到x=0.8時(shí)的186 K，其中La2/3Ca1/3MnO3層厚度固定為3.2 nm。
　　第五章我們?cè)贚a2/3Ca1/3MnO3/CaRu1/2Ti1/2O3多層膜中首次觀察到層分辨的反鐵磁層間耦合現(xiàn)象。內(nèi)、外La2/3Ca1/3MnO3層受到層間耦合作用的差異導(dǎo)致其在外磁場(chǎng)作用下分步翻轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為磁滯回線上分立的磁化平臺(tái)

6、。其次，強(qiáng)的面內(nèi)單軸磁各向異性使得La2/3Ca1/3MnO3層能迅速地完成磁化翻轉(zhuǎn)，這對(duì)于該體系在相關(guān)器件上的應(yīng)用極為有利。
　　第六章利用不同取向的NdGaO3襯底外延CaRu1/2Ti1/2O3/La2/3Ca1/3MnO3多層膜，我們實(shí)現(xiàn)了其矯頑場(chǎng)及耦合場(chǎng)的控制。在(001)取向時(shí)多層膜的矯頑場(chǎng)遠(yuǎn)大于(110)取向的多層膜。而在反鐵磁層間耦合情形下，(110)取向的多層膜耦合場(chǎng)明顯增強(qiáng)。我們將這種差異歸結(jié)為應(yīng)變相關(guān)的界面效