磁性錳氧化物異質(zhì)結(jié)的光電行為研究.pdf

1、錳氧化物是一種典型的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系，內(nèi)部存在電荷、自旋、晶格、軌道等自由度之間的強(qiáng)烈耦合，隨著外部條件影響易發(fā)生不同自由度之間的轉(zhuǎn)變。由錳氧化物與摻鈮鈦酸鍶(Nb∶SrTiO3)構(gòu)成的氧化物異質(zhì)結(jié)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光輻射等條件下表現(xiàn)許多新穎的物理現(xiàn)象。根據(jù)半導(dǎo)體理論，異質(zhì)結(jié)的物理性質(zhì)主要由界面態(tài)性質(zhì)決定，如何調(diào)控異質(zhì)結(jié)的界面態(tài)是新材料與新物理效應(yīng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵;研究結(jié)果也表明不同厚度錳氧化物薄膜構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)界面態(tài)存在一定的差異。因此本文將著重研

2、究不同厚度錳氧化物薄膜異質(zhì)結(jié)的電、磁、光等性質(zhì)，特別是異質(zhì)結(jié)的動(dòng)態(tài)光電行為與溫度的依賴關(guān)系。論文的主要結(jié)果如下:
　　1.脈沖激光沉積技術(shù)制備一系列不同厚度的La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)薄膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，LSMO薄膜在Nb∶SrTiO3(STON)襯底上很好的外延生長，當(dāng)LSMO薄膜厚度僅為1nm時(shí)，就能形成完整的界面勢(shì)壘層;LSMO薄膜的厚度對(duì)LSMO/STON異質(zhì)結(jié)的整流性質(zhì)沒有明顯的影響。
　　2.L

3、SMO/STON異質(zhì)結(jié)的光電行為對(duì)LSMO薄膜厚度和溫度有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。在超薄膜LSMO/STON異質(zhì)結(jié)中，光電行為比較復(fù)雜:隨著溫度的降低，光電流先陡峭增加，然后緩慢降低或上升，最后快速降低;而在較厚薄膜構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)中光電行為比較簡單:隨著溫度的降低單調(diào)增加。值得注意的是，LSMO薄膜厚度對(duì)LSMO/STON異質(zhì)結(jié)的光電流調(diào)控高達(dá)2.8×106％;相同薄膜厚度的LSMO/STON異質(zhì)結(jié)中，光電流隨溫度變化也高達(dá)300％。理論計(jì)算結(jié)果

4、表明錳氧化物異質(zhì)結(jié)的光電行為與薄膜中光載流子的有限擴(kuò)算長度和界面態(tài)的缺陷態(tài)數(shù)目有關(guān)。在532nm和405nm的光照下，相同薄膜厚度的異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出相似的光電行為。
　　3.利用脈沖激光沉積技術(shù)在不同晶向的STON上生長一系列不同厚度的La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)薄膜。對(duì)LCMO/STON異質(zhì)結(jié)進(jìn)行整流輸運(yùn)測(cè)試，結(jié)果顯示(001)晶向的LCMO/STON異質(zhì)結(jié)的整流行為稍優(yōu)于(110)晶向的LCMO/STON異質(zhì)結(jié);

5、LCMO薄膜的厚度和襯底的晶向?qū)CMO/STON異質(zhì)結(jié)的理想因子和界面勢(shì)壘的影響較小。
　　4.研究不同晶向的LCMO/STON異質(zhì)結(jié)的光電行為，(001)和(110)晶向的LCMO/STON異質(zhì)結(jié)的光電行為相似，都與LCMO薄膜的厚度和溫度有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。當(dāng)LCMO薄膜較薄時(shí)，光電流隨著溫度的降低而單調(diào)下降;當(dāng)LCMO薄膜較厚時(shí)，在低溫時(shí)光電流出現(xiàn)反常，即光電流有一個(gè)極小值。隨后我們測(cè)量了不同厚度LCMO/STON異質(zhì)結(jié)的光

6、電壓，結(jié)果顯示光電壓隨著溫度的降低而增加，且最大光電壓約為0.65V。表明低溫反常光電流不是由光電壓直接影響的，這是首次觀察到錳氧化物異質(zhì)結(jié)的低溫反常光電行為。
　　5.為了探究LCMO/STON異質(zhì)結(jié)的低溫異常光電行為，在LCMO/STON異質(zhì)結(jié)的界面插入不同厚度的LSMO薄膜。測(cè)試LCMO/LSMO/STON異質(zhì)結(jié)的光電行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)LSMO薄膜厚度低于4nm時(shí)，異常光電行為存在且程度隨著LSMO薄膜厚度的增加而降低;當(dāng)