La1-xSrxCoO3外延薄膜和Fe3O4-NiO外延雙層薄膜的各向異性磁輸運性質(zhì).pdf

1、多功能氧化物由于其復(fù)雜的自旋、軌道、晶格之間的耦合，表現(xiàn)出奇異的物理性質(zhì)。目前對多功能氧化物的研究主要基于單層膜及人工異質(zhì)結(jié)構(gòu)。單層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈷氧化物具有特殊的磁輸運性質(zhì)，鐵磁/反鐵磁全氧化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面存在著各向異性，它們在自旋電子學(xué)器件，如自旋閥和磁性隧道結(jié)中有重要的應(yīng)用。我們分別采用射頻磁控濺射和對向靶磁控濺射的方法制備了自發(fā)磁相分離鈣鈦礦La1-xSrxCoO3外延薄膜和鐵磁/反鐵磁Fe3O4/NiO外延雙層薄膜，并對這兩種非

2、均勻體系的結(jié)構(gòu)、磁性以及各向異性輸運性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　在鐵磁/自旋玻璃態(tài)相分離的La1-xSrxCoO3(x=0.07,0.17,0.26,0.30,0.40,0.60)外延薄膜中，通過磁性測量和第一性原理計算相結(jié)合的方法，證明了高自旋態(tài)的Co3+離子和低自旋態(tài)的Co4+是La1-xSrxCoO3基態(tài)的自旋態(tài)組合。Sr元素的引入使Co-O鍵變長，晶體場劈裂能減小，從而導(dǎo)致Co3+離子從低自旋態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦孕龖B(tài)。La1-xSr

3、xCoO3外延薄膜的自旋弛豫時間比普通自旋玻璃材料短，這是由于La1-xSrxCoO3外延薄膜的鐵磁團(tuán)簇尺寸(2.16~21.5nm)比多晶La1-xSrxCoO3材料(35~240nm)小很多。
　　晶軸各向異性和自旋軌道耦合是La1-xSrxCoO3(0.07≤x≤0.60)外延薄膜四重對稱平面霍爾效應(yīng)的主要物理來源。La1-xSrxCoO3外延薄膜的單軸各向異性場和立方各向異性場分別為Huni=70Oe和Hcub=143Oe

4、，占據(jù)主導(dǎo)地位的立方各向異性場直接導(dǎo)致平面霍爾效應(yīng)的四重對稱性。La1-xSrxCoO3外延薄膜的平面霍爾效應(yīng)隨Sr含量的增大逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎貙ΨQ，這是由于體系的各向異性隨著Sr含量的增大而減弱。第一性原理計算證明了Co-d軌道對La1-xSrxCoO3各向異性的貢獻(xiàn)隨Sr含量而發(fā)生變化。在Sr含量較低時，各向異性主要來自eg-dx2-y2和eg-d3z2-r2自旋軌道耦合的貢獻(xiàn)；當(dāng)Sr含量升高時，t2g-dxy，dyz，dxz軌道的自旋

5、軌道耦合對各向異性貢獻(xiàn)增大。
　　在Fe3O4/NiO外延雙層薄膜中觀察到了反常四重對稱平面霍爾效應(yīng)。當(dāng)NiO反鐵磁層的厚度超過臨界時，雙層薄膜的平面霍爾效應(yīng)從四重對稱轉(zhuǎn)變?yōu)槎貙ΨQ，這與界面耦合作用隨反鐵磁層厚度增大而減弱有關(guān)。基于Stoner-Wohlfarth模型證明了由界面耦合作用引入到鐵磁層中的額外立方各向異性隨著反鐵磁厚度的減小而增大，并且通過第一性原理計算進(jìn)一步證明了這種界面耦合作用主要來自界面成鍵結(jié)構(gòu)和界面電荷轉(zhuǎn)移