鈣鈦礦錳氧化物外延薄膜和異質結制備及相關物性研究.pdf

1、錳氧化物因其超大磁電阻效應在磁存儲，磁傳感器件，自旋閥，自旋晶體管等方面有著廣泛的應用前景；而高質量薄膜樣品的制備及其各種性質的探索和研究，對這類材料走向器件應用是至關重要的。近來，由于薄膜制備技術的提高，人們在納米尺度調控的錳氧化物薄膜制備以及在相關原型器件研究等方面取得了一定的突破。La<,0.67>Sr<,0.33>MnO<,3>(LSMO)作為錳氧化物中應用最廣泛的一個體系，它的高質量外延薄膜的獲得顯然是人們期待的。此外在錳氧化

2、物中，一般只存在負磁電阻效應，但是由這類材料構成的異質p-n結，卻不僅表現(xiàn)負磁電阻，還存在正磁電阻，磁電阻符號強烈依賴于溫度，偏置電流，空穴濃度。 本論文正是針對La<,0.67>Sr<,0.33>MnO<,3>薄膜的應力弛豫和磁場對La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>/SNTO p-n結的調制，開展了一定的研究。在LA<,0.67>Sr<,0.33>MNO<,3>薄膜中發(fā)現(xiàn)了一種由于角度弛豫而形成的面內超晶格結構調制；在

3、異質p-n結研究方面發(fā)現(xiàn)錳氧化物中復雜帶結構對異質結的磁電阻正負和大小起著決定性的作用，并在此研究基礎上獲得了錳氧化物帶結構在能量尺度上隨磁場的演化關系。此外通過強磁場下的超聲衰減測量探討了合作Jahn-Teller畸變在Pr<,0.7>Ca<,0.3>MnO<,3>鐵磁絕緣相中所起的作用。各章的主要內容分別概括如下： 第一章簡單介紹了各種磁電阻效應；鈣鈦礦錳氧化物的基本性質，包括研究歷史、晶體結構、電子結構、磁結構和電磁相圖；

4、錳氧化物薄膜中應力弛豫；錳氧化物在應用方面的研究進展。 第二章研究了來自于菱形的La<,0.67>Sr<,0.33>MNO<,3>(LSMO)生長在立方襯底LSAT上的角度失配對LSMO薄膜結構的影響。通過X射線衍射實驗中的搖擺曲線和倒易空間圖測量，在弛豫的單層LSMO薄膜中觀察到一種面內超晶格結構，這種超晶格結構的周期隨著膜厚的增加而增加。不對稱的(103)倒易空間圖強有力地證明了這面內調制結構源于因菱形的LSMO和立方襯底L

5、SAT之間的角度失配引起的一種剪切應力的弛豫而導致LSMO薄膜中贗立方角的恢復。 第三章結合La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>中與自旋有關的復雜能帶結構以及p-n結中存在的電子注入的特點，詳細地分析了La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>/SNTO p-n結中復雜磁電阻的起源，即由于錳氧化物中晶場劈裂能、自旋劈裂能、Jahn-Teller能等能量之間微妙的相互競爭，SNTO中的電子在外電場的作用下有選擇的被注入到LC

6、MO復雜的與自旋相關的有關能帶中，那些被填充到e<'1↑><,g>和e<'2↑><,g>帶的多數(shù)自旋載流子將導致負磁電阻；被填充到t<'↓><,2g>帶的少數(shù)自旋載流子將導致正磁電阻。 第四章利用La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>/SNTO p-n結這一特殊異質結構研究了La<,1-x>Ca~Mn03相關能隙隨磁場的演化。結合p．，z結反向偏置輸運特點及La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>能帶結構，分析了p-n結中

7、磁電阻隨負偏置電壓的變化曲線上的極值位置所對應的相關能隙。根據(jù)磁電阻極值的位置隨磁場的依賴，獲得了Jalm-Teller能和自旋劈裂能在能量尺度上隨磁場的演化。 第五章測量了Pr<,0.7>Ca<,0.3>MnO<,3>在強磁場下的超聲衰減性質，發(fā)現(xiàn)了兩個明顯的超聲異常：第一個在219K附近，這個異常在零場時是由電荷有序形成導致的，而在6T和14T下我們認為是由鐵磁漲落導致的；第二個在150K以下，這個是由與合作Jahn-Tel