強(qiáng)磁場(chǎng)下磁力顯微鏡的研制及其在錳氧化物中的應(yīng)用.pdf

1、磁力顯微鏡(MFM)是一種可以對(duì)材料表面微觀磁結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像的掃描探針顯微鏡。自上世紀(jì)八十年代末被發(fā)明以來(lái)，MFM無(wú)論在技術(shù)方面還是應(yīng)用方面都獲得了眾多進(jìn)展。例如，在技術(shù)方面，在MFM中發(fā)展出了調(diào)頻測(cè)量模式，這種模式在應(yīng)用于原子力顯微鏡后獲得了真實(shí)的原子分辨率;在應(yīng)用方面，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)超導(dǎo)渦旋及磁疇的直接觀測(cè)。磁場(chǎng)是調(diào)控磁性材料性質(zhì)極為重要的參數(shù)，因此強(qiáng)磁場(chǎng)下MFM的發(fā)展對(duì)于研究磁性材料具有重要的意義。目前已報(bào)道的磁力顯微鏡成像的最高磁場(chǎng)

2、為8T，然而有很多材料的磁性轉(zhuǎn)變發(fā)生在更高磁場(chǎng)，因此更強(qiáng)磁場(chǎng)中MFM的研制是一種迫切的需求。
　　鑒于這種考慮，我們研制了一臺(tái)適用于20 T超導(dǎo)磁體的MFM。該MFM基于我們自己設(shè)計(jì)的SpiderDrive壓電步進(jìn)馬達(dá)，該馬達(dá)的最大優(yōu)勢(shì)在于負(fù)責(zé)步進(jìn)的壓電掃描管還可以進(jìn)行掃描，因此結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合孔徑狹小的超強(qiáng)磁體。第三章將詳細(xì)介紹該強(qiáng)磁場(chǎng)MFM的設(shè)計(jì)與研制過(guò)程。我們對(duì)樣品測(cè)試的結(jié)果表明，該MFM工作穩(wěn)定、噪音低、在升場(chǎng)時(shí)漂移小，

3、在高達(dá)17.6 T的磁場(chǎng)下仍能穩(wěn)定工作。該部分工作已發(fā)表于Ultramicroscopy。
　　鈣鈦礦錳氧化物是一種典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子材料，其中涉及鐵磁金屬相和反鐵磁電荷有序相的相分離是錳氧化物的核心研究領(lǐng)域之一。我們利用自制的強(qiáng)磁場(chǎng)MFM對(duì)經(jīng)過(guò)后退火過(guò)程的La0.67Ca0.33MnO3/NdGaO3(001)薄膜以及Pr1/2Ca1/2MnO3薄膜中的相分離及其演變過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)地成像。
　　后退火的La0.67Ca0.33

4、MnO3/NdGaO3(001)薄膜中，在外加磁場(chǎng)時(shí)反鐵磁相的融化顯示出明顯的各向異性，表明各向異性外延應(yīng)力的重要作用。反鐵磁相完全融化再降場(chǎng)時(shí)，在反鐵磁相占主導(dǎo)的相分離態(tài)反鐵磁相會(huì)重入。我們發(fā)現(xiàn)反鐵磁相的重入在微觀上的結(jié)構(gòu)隨溫度而變化。在高溫時(shí)，反鐵磁相疇以點(diǎn)出現(xiàn)，而在中間溫度以條狀出現(xiàn)，在更低溫度以無(wú)規(guī)則的形狀出現(xiàn)。這反映了外延應(yīng)力與Jahn-Teller畸變之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。
　　Pr1/2Ca1/2MnO3是一個(gè)典型的以反鐵

5、磁電荷有序相為基態(tài)的材料。其電荷有序相的融化磁場(chǎng)非常高，由于以前缺少足夠強(qiáng)磁場(chǎng)下的成像儀器，對(duì)這個(gè)材料相變的研究一直缺少微觀成像。我們利用自制的20 T MFM的強(qiáng)磁場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)這個(gè)材料進(jìn)行了系統(tǒng)表征。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)上的線缺陷對(duì)反鐵磁相的融化和形成具有重要的作用。在反鐵磁相融化時(shí)，鐵磁相首先從線缺陷附近開(kāi)始成核，同時(shí)，在反鐵磁相完全融化后再降場(chǎng)，反鐵磁相也從線缺陷附近開(kāi)始形成。這種雙重作用很可能來(lái)自于線缺陷附近的應(yīng)力變化，使某區(qū)域有利于鐵