錳氧化物、金屬多層結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)特性研究.pdf

1、自從上世紀(jì)80年代末Baibich在Fe/Cr多層膜中觀察到巨磁電阻效應(yīng)以來(lái)，由于其潛在的應(yīng)用前景而成為凝聚態(tài)物理學(xué)和材料學(xué)研究的熱點(diǎn)之一；隨后，人們?cè)阼F磁隧道結(jié)中也發(fā)現(xiàn)了自旋相關(guān)引起較大的磁電阻效應(yīng)，而1993年在摻雜稀土鈣鈦礦錳氧化物中發(fā)現(xiàn)的特大磁電阻效應(yīng)(CMR)更是提高了人們的研究興趣，由于這類氧化物屬于強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系，有著不同的電、磁輸運(yùn)特性，并且具有光誘導(dǎo)絕緣體。金屬相變、電荷有序、軌道有序以及相分離等十分豐富的物理內(nèi)涵，成為物

2、理學(xué)界和材料學(xué)界最活躍的研究領(lǐng)域之一。本文在制備錳氧化物外延薄膜、錳氧化物/鐵磁金屬(LSMO/FlM)和鐵磁金屬/錳氧化物/鐵磁金屬(FM/LSMO/FM)多層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探索了錳氧化物薄膜及所形成結(jié)構(gòu)的輸運(yùn)特性和外場(chǎng)響應(yīng)特性，其主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．采用溶膠凝膠的方法制備了La<,1-x>Sr<,c>MnO<,3>(x=0.015，0.5和0.3)系列靶材，X射線衍射分析表明所制備的靶材具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。 2．采用

3、磁控濺射的方法制備了錳氧化物單晶外延薄膜，其低溫輸運(yùn)特性表明隨著溫度的升高樣品展示了典型的金屬．半導(dǎo)體相變。樣品對(duì)磁場(chǎng)和激光作用表現(xiàn)出相似的響應(yīng)特性，磁場(chǎng)的作用使Mn<'3+>和Nn<'4+>離子自旋方向趨于一致，雙交換作得到加強(qiáng)，有利于e<,g>巡游電子的躍遷，從而引起電阻減??；而激光輻照，在鐵磁金屬相引起光致退磁效應(yīng)，誘導(dǎo)電阻增大，在順磁半導(dǎo)體相，則激發(fā)載流子的運(yùn)動(dòng)而使電阻減小。0.5T的磁場(chǎng)作用下，x=0.015的樣品在243K時(shí)

4、取得的極大磁電阻值為21％。對(duì)于x=0.5樣品，在360K時(shí)光致電阻相對(duì)變化取得極大值為9.62％。 3．首次采用溶膠凝膠的方法在金屬Co基片上制備了LSMO(x=0.2)薄膜異質(zhì)結(jié)構(gòu)。低溫輸運(yùn)特性表明面內(nèi)呈現(xiàn)出半導(dǎo)體輸運(yùn)特性，隨著溫度的增加，其電阻從16.8MΩ改變到10.6KΩ，其變化之巨可達(dá)3個(gè)數(shù)量級(jí)，伏安特性表明其輸運(yùn)主要是準(zhǔn)粒子的隧道過(guò)程；界面也呈現(xiàn)出半導(dǎo)體輸運(yùn)特性，伏安關(guān)系表明在界面形成了肖脫基勢(shì)壘。 4．采

5、用磁控濺射的方法首次在Si(100)基片上制備了La<,1-x>Sr<,x>MnO<,3>/Fe(x=0.015，0.5和0.3)異質(zhì)結(jié)構(gòu)。x=0.015樣品，面內(nèi)輸運(yùn)表現(xiàn)出金屬．半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變，而對(duì)于x=0.5和0.3的樣品，無(wú)論是面內(nèi)還是面間均呈現(xiàn)出半導(dǎo)體的輸運(yùn)特性。由于底層Fe金屬的強(qiáng)氧化性，導(dǎo)致錳氧化物處于缺氧和無(wú)序狀態(tài)，從而形成了非晶體態(tài)能帶結(jié)構(gòu)，載流子在定域態(tài)之間跳躍或在擴(kuò)展態(tài)的激發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生半導(dǎo)體輸運(yùn)特性，這一特性也在其伏安關(guān)

6、系中得到證實(shí)。同時(shí)在這一系列異質(zhì)結(jié)構(gòu)中首次觀察到了瞬間光電導(dǎo)效應(yīng)，LSMO的缺氧產(chǎn)生高度的無(wú)序性，使處于帶尾的波函數(shù)局域化，光子的注入產(chǎn)生了電子空穴對(duì)，同時(shí)增加了載流子的濃度，可以移動(dòng)費(fèi)米面越過(guò)遷移率邊而引起電導(dǎo)巨大的變化，對(duì)于X=0.3的樣品，光致電阻變化的相對(duì)極大值在220K的溫度點(diǎn)達(dá)到了7500％，而對(duì)于x=0.015樣品在292K時(shí)，其光致電阻變化的相對(duì)值為2400％。 5．提出在Si(100)基片制備Fe/La<,1-