鈣鈦礦結構錳氧化物薄膜的制備及其物性研究.pdf

1、自從二十世紀九十年代發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦結構的錳氧化物具有巨磁電阻效應以來，鈣鈦礦結構的錳氧化物的巨磁電阻效應成為了人們關注的熱點。由于巨磁電阻效應在工業(yè)上具有很大的應用背景，如信息存儲領域中的磁記錄，磁頭和傳感器等方面的應用。然而，這些應用主要是基于薄膜的特性。從基礎研究上來講，這些錳氧化物表現(xiàn)出豐富的物理內(nèi)容，如順磁-鐵磁相變伴隨絕緣-金屬相變，電荷軌道有序，相分離，Jahn-Teller畸變，雙交換模型以及各種相互作用之間的耦合，這些復雜的

2、現(xiàn)象激發(fā)了物理學研究人員的研究興趣。更重要的是，從應用研究上來講，對巨磁阻薄膜的研究和探索，不僅對當前的自旋電子學的應用有重要意義，而且為全氧化物或氧化物-金屬原型薄膜器件的研制提供了有效途徑。 本論文通過對鈣鈦礦錳氧化物外延膜的氧含量、應力與厚度效應的研究，探討了錳氧化物外延膜的結構畸變與磁性和輸運性質的關系，特別是不同氧壓與超薄薄膜的結構與輸運性質的關系，晶格失配應變與厚度效應等進行了深入的探討。下面是整個論文的主要內(nèi)容(共

3、四章)。 第一章全面介紹了巨磁阻錳氧化物的物理和薄膜的研究狀況。首先回顧了錳氧化物的各種性質，如晶體結構，電子結構，雙交換模型，電荷有序，輸運性與巨磁效應，相分離，摻雜效應等。最后討論了錳氧化物外延薄膜的制備方法，及影響錳氧化物薄膜結構和電磁性質的相關因素以及在制備薄膜時需要注意的問題。 第二章以Nd<,0.7>Sr<,0.3>MnO<,3>(NSMO)外延薄膜為研究對象，主要討論不同氧壓對Nd<,0.7>Sr<,0.3

4、>MnO<,3>(NSMO)外延薄膜的微結構及電磁性能的影響。通過研究不同氧含量與外延膜的厚度效應的關系，指出超薄薄膜的結構和電阻/磁轉變主要依賴于不同氧壓；而對于較厚的薄膜，其結構和電磁性既受氧壓也受后處理過程控制，這是由于較厚的膜薄中出現(xiàn)了柱界，柱界在后處理過程中吸附氧原子造成的。因此，為了制備高質量的巨磁阻超薄薄膜，需要高的制備氧壓。另外，退火溫度對薄膜的微結構和電磁性能也有一定的影響。 第三章研究了晶格失配應變引起的晶格

5、畸變對Nd<,0.7>Sr<,0.3>MnO<,3>(NSMO)外延膜的結構和電磁性質的影響。實驗研究指出薄膜的應變狀態(tài)直接地影響薄膜的輸運行為。對共格外延的薄膜，其結構和電磁性質主要依賴于晶格失配應變(即J-T)和薄膜厚度。薄膜與襯底的晶格失配越大，發(fā)生晶格馳豫的厚度越小，且隨著膜厚的增加，金屬-絕緣體轉變溫度T<,p>更快的趨近于單晶塊材的T<,p>。因此，為制備高性能的巨磁阻薄膜，晶格失配必須被考慮。 第四章以La<,0.

6、7>Sr<,0.3>MnO<,3>(LSMO)外延薄膜為研究對象，研究了不同厚度的外延膜引起的外延膜電阻率的變化。不同厚度的La<,0.7>Sr<,0.3>MnO<,3>(LSMO)外延薄膜被沉積到立方相的LaAlO<,3>(001)單晶襯底上，XRD測試結果顯示，LSMO外延膜的結構是單相的，具有與襯底相同的晶格取向；隨著膜厚的增加，LSMO外延膜的晶格經(jīng)歷應變到馳豫的變化。電阻測量顯示，應變馳豫的薄膜(較厚的薄膜)有較大的電阻率，這