MNx(M=Ti、Cr、Gd)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、磁性和電輸運(yùn)特性.pdf

1、由于在自旋電子學(xué)器件上具有潛在的應(yīng)用價(jià)值,3d過渡族金屬氮化物和稀土氮化物已經(jīng)成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。它們的陽(yáng)離子具有未充滿的3d和4f殼層,存在凈磁矩。3d過渡族金屬氮化物中,TiN具有超導(dǎo)電性,CrN具有反鐵磁性,Ti1-xCrxN固溶體卻具有鐵磁性。在奈爾溫度附近,CrN的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制仍然不清楚。稀土氮化物中,GdN具有高的磁矩(7μB/Gd3+),理論上具有半金屬特性,在自旋過濾中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值,但未在實(shí)驗(yàn)上證

2、實(shí)。
　　我們用對(duì)向靶反應(yīng)濺射法,制備了外延和多晶Ti1-xCrxN薄膜、CrNx和GdNx薄膜。對(duì)上述樣品的相成分、微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)價(jià)態(tài)、磁性及電輸運(yùn)特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　Ti1-xCrxN薄膜為金屬導(dǎo)電特性。在0.17≤x≤0.51時(shí),薄膜為鐵磁性,鐵磁性起源于Cr2+-N3--Cr3+雙交換作用,與載流子調(diào)制機(jī)制無(wú)關(guān);Ti0.53Cr0.47N薄膜的鐵磁性最強(qiáng),居里溫度高達(dá)120K。在0.35≤x≤0.47時(shí),薄膜

3、在居里溫度附近發(fā)生金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變;在0.10≤x≤0.47時(shí),薄膜的低溫電阻率上翹現(xiàn)象可歸結(jié)為弱局域效應(yīng)和電子-電子相作用。在0.10≤x≤0.51時(shí),負(fù)的磁電阻效應(yīng)與錳氧化物中的龐磁電阻效應(yīng)的機(jī)制相似,來(lái)自于磁場(chǎng)對(duì)金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變的抑制;而多晶Ti0.22Cr0.78N薄膜的磁電阻效應(yīng)與晶界處的局域磁矩散射有關(guān)。外延薄膜的反?；魻栃?yīng)來(lái)源于邊跳躍機(jī)制,多晶薄膜的反?；魻栃?yīng)與散射無(wú)關(guān)。
　　隨著氮?dú)饬髁?fN2)的增大,CrN

4、x薄膜由Cr2N和CrN混合相向CrN單相轉(zhuǎn)變,導(dǎo)電特性從金屬導(dǎo)電轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體導(dǎo)電。在fN2=100sccm時(shí),CrNx薄膜的低溫導(dǎo)電機(jī)制為Mott和ES可變程跳躍。在fN2=30和50sccm時(shí),在260-280K區(qū)間內(nèi),多晶CrNx薄膜出現(xiàn)了金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變,說(shuō)明氮空位密度、基底應(yīng)力及晶界對(duì)轉(zhuǎn)變有影響。
　　GdNx薄膜具有鐵磁性,居里溫度在35-45K之間。薄膜具有半導(dǎo)體導(dǎo)電特性,電阻率在40K附近發(fā)生金屬--絕緣體轉(zhuǎn)變。磁