Fe3O4及其復合結構的制備與磁電性能研究.pdf

1、高自旋極化率的材料由于其在自旋電子學方面的潛在應用，近年來受到科學家們的廣泛關注。Fe3O4由于其高的居里溫度、100％的自旋極化率和金屬-絕緣體轉變，有望應用在自旋電子學器件中，因此備受科學家們的關注。Fe3O4材料的制備工藝、磁性以及電輸運性質的研究也成為了凝聚態(tài)物理的研究熱點。本文首先采用超薄陽極氧化鋁模板和激光分子束外延沉積技術制備了Fe3O4薄膜與納米點陣列，并對樣品的巨磁矩來源以及點陣特有的性質進行了探討；其次采用激光分子束

2、外延沉積技術將Fe3O4薄膜沉積在La0.7Ca0.3MnO3表面，構成復合結構，研究了Fe3O4薄膜對不同厚度的La0.7Ca0.3MnO3薄膜金屬-絕緣體轉變溫度的影響。主要研究內容如下：
　?。?）采用激光分子束外延沉積技術制備了不同沉積溫度和不同厚度的Fe3O4薄膜。系統(tǒng)的研究了沉積溫度和厚度對Fe3O4薄膜結構、磁學和輸運性質的影響。結果表明：低溫有利于二維層狀生長，但結晶度較差；高溫傾向于三維島狀生長，但取向較差。綜合

3、薄膜結構和磁性測試結果，600℃為最佳沉積溫度。飽和磁化強度的大小受薄膜厚度的影響非常大。以15 nm為分水嶺，低于15 nm時，薄膜厚度越小飽和磁化強度越大，3 nm時達到1017 emu/cm3；高于15 nm時，飽和磁強度接近塊體的飽和磁化強度值。結合結構、磁學以及輸運結果，通過 X射線磁圓二色譜結果得到，F(xiàn)e3O4超薄膜的巨磁矩來源于Fe離子的自旋翻轉：即四面體間隙內的Fe3+的自旋方向與八面體間隙內的Fe離子的自旋方向由反平行

4、變?yōu)槠叫小?br>　?。?）采用超薄陽極氧化鋁模板輔助激光分子束外延沉積技術制備了Fe3O4納米點陣列。結果表明：納米點陣列表現(xiàn)出了與薄膜不同的性質。通過磁性測量我們發(fā)現(xiàn)，納米點陣列的飽和磁化強度與薄膜相比變小了，這可能是由于納米點表面的電子自旋傾斜造成的；薄膜表現(xiàn)為面內易磁化，而對于納米點陣列，隨著納米點直徑的減小，各向異性逐漸減弱，這可能是由于磁滯伸縮、形狀各向異性能和磁晶各向異性能減小所引起的；與此同時，其矯頑力也逐漸減小，說明薄

5、膜與大直徑的點陣的磁化翻轉機制為疇壁移動，而點陣直徑較小的點陣列的磁化翻轉機制為一致翻轉；當點陣直徑減小到40 nm的時候，Verwey轉變消失，這可能是因為納米點內部的電子跳躍能量勢壘小于納米點之間的隧穿勢壘，造成電子跳躍的長程序阻斷。
　?。?）采用激光分子束外延沉積技術制備了La0.7Ca0.3MnO3單層薄膜以及Fe3O4/La0.7Ca0.3MnO3復合結構。結果表明：隨著厚度逐漸增大，在相同的外加磁場下，La0.7Ca

6、0.3MnO3單層薄膜的金屬-絕緣體轉變溫度逐漸升高，并且表現(xiàn)出了很強的磁電阻效應。對于20 nm厚的La0.7Ca0.3MnO3單層薄膜，在外加磁場為5 T下，磁電阻率達到1600%。覆蓋Fe3O4薄膜以后，以20 nm為例，在0 T外場下的金屬-絕緣體轉變溫度從160 K提高到200 K，而且，其磁電阻率幾乎沒有受到影響，在外加磁場為5 T下，磁電阻率依然可以達到1500%。根據覆蓋Fe3O4薄膜之前和之后的La0.7Ca0.3Mn

7、O3薄膜的電阻和飽和磁化強度的變化，我們認為位于Fe3O4下方的Mn離子與Fe3O4薄膜中的Fe離子發(fā)生了反鐵磁耦合作用，使得Fe3O4/La0.7Ca0.3MnO3復合結構的金屬-絕緣體轉變溫度得到了提高。
　　總之，我們制備了Fe3O4超薄膜，發(fā)現(xiàn)了巨磁矩現(xiàn)象，并對其產生的物理機制進行了分析；并且首次制備了Fe3O4納米點陣列，對其結構以及磁性與相應的薄膜進行了比較與分析。我們成功利用Fe3O4超薄膜與La0.7Ca0.3Mn