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用價值，鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結一直是材料科學研究領域的熱點研究之一。它不僅有助于我們更深入地理解強關聯(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，同時對于我們了解結構與物理性能之間的關系并對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，甚至超導性，非極性的AFD模式能夠誘導出非常規(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耦合以及電荷轉移、自旋阻挫等界面效應緊密相連。此外，由于鈣鈦礦結構出眾的外延性，其薄膜器件對于研究鈣鈦礦結構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構龐磁阻(CMR)材料錳氧化物La0.7Sr0.3MnO3與La0.67Ca0.33MnO3，與結構性質(zhì)突出的SmFeO3和巡游鐵磁材料SrRuO3制備成高質(zhì)量的外延超晶格結構。一方面通過應力狀態(tài)來調(diào)制氧八

3、面體的畸變與旋轉模式，達到對其電磁性質(zhì)的調(diào)控，另一方面則通過電荷轉移等界面效應提高超薄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構及其基本物性。緊接著就從兩個方面入手，一方面闡述了外延應力和界面耦合以及超短超晶格的形成對界面處八面體的畸變與旋轉模式的影響及其對物理性能的調(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對鈣鈦礦氧化物異質(zhì)結的性能調(diào)控

4、，為我們接下來探究超晶格的結構以及界面效應對電磁性能的影響作鋪墊。
　　第二章在這一章節(jié)中，我們詳細地介紹了實驗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)，倒易空間圖測量(RSM)，以及低溫測量系統(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的SmFeO3(SFO)與生長過程中容易出疇的菱形結構的La0.7Sr0.3MnO3

5、(LSMO)正交對稱的NdGaO3襯底上制備得到超晶格，通過對其結構與電磁性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)了與單層LSMO薄膜中截然不同的應力弛豫機制，并且隨著LSMO與SFO相對厚度的變化，應力狀態(tài)的逐漸改變也伴隨著易磁化軸以及電磁轉變溫度的變化，證明了超晶格界面處的結構與物理性能之間的關聯(lián)。
　　第四章選取了廣為研究的CMR錳氧化物La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)和巡游鐵磁材料SrRuO3(SRO)交替生長制備得到了高質(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)轉變溫度達到LCMO塊材水平，且不受LCMO和SRO單層厚度的影響。排除外延應力以及界面元素混合等因素，我們考慮是界面處SRO中巡游電子的轉移，導致LCMO層中Mn3+與Mn4+離子比例的改變，增強了其雙加換作用，提高了其電磁轉變溫度。
　　第五章為了進一步研究具有磁電耦合效應潛質(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過程的氧壓，得到其最佳