鈣鈦礦錳氧化物外延薄膜和異質(zhì)結(jié)制備及相關(guān)物性研究.pdf

1、錳氧化物因其超大磁電阻效應(yīng)在磁存儲(chǔ)，磁傳感器件，自旋閥，自旋晶體管等方面有著廣泛的應(yīng)用前景；而高質(zhì)量薄膜樣品的制備及其各種性質(zhì)的探索和研究，對(duì)這類材料走向器件應(yīng)用是至關(guān)重要的。近來(lái)，由于薄膜制備技術(shù)的提高，人們?cè)诩{米尺度調(diào)控的錳氧化物薄膜制備以及在相關(guān)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(yīng)用最廣泛的一個(gè)體系，它的高質(zhì)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(fù)磁電阻效應(yīng)，但是由這類材料構(gòu)成的異質(zhì)p-n結(jié)，卻不僅表現(xiàn)負(fù)磁電阻，還存在正磁電阻，磁電阻符號(hào)強(qiáng)烈依賴于溫度，偏置電流，空穴濃度。 本論文正是針對(duì)La<,0.67>Sr<,0.33>MnO<,3>薄膜的應(yīng)力弛豫和磁場(chǎng)對(duì)La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>/SNTO p-n結(jié)的調(diào)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(nèi)超晶格結(jié)構(gòu)調(diào)制；在

3、異質(zhì)p-n結(jié)研究方面發(fā)現(xiàn)錳氧化物中復(fù)雜帶結(jié)構(gòu)對(duì)異質(zhì)結(jié)的磁電阻正負(fù)和大小起著決定性的作用，并在此研究基礎(chǔ)上獲得了錳氧化物帶結(jié)構(gòu)在能量尺度上隨磁場(chǎng)的演化關(guān)系。此外通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)下的超聲衰減測(cè)量探討了合作Jahn-Teller畸變?cè)赑r<,0.7>Ca<,0.3>MnO<,3>鐵磁絕緣相中所起的作用。各章的主要內(nèi)容分別概括如下： 第一章簡(jiǎn)單介紹了各種磁電阻效應(yīng)；鈣鈦礦錳氧化物的基本性質(zhì)，包括研究歷史、晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁結(jié)構(gòu)和電磁相圖；

4、錳氧化物薄膜中應(yīng)力弛豫；錳氧化物在應(yīng)用方面的研究進(jìn)展。 第二章研究了來(lái)自于菱形的La<,0.67>Sr<,0.33>MNO<,3>(LSMO)生長(zhǎng)在立方襯底LSAT上的角度失配對(duì)LSMO薄膜結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)X射線衍射實(shí)驗(yàn)中的搖擺曲線和倒易空間圖測(cè)量，在弛豫的單層LSMO薄膜中觀察到一種面內(nèi)超晶格結(jié)構(gòu)，這種超晶格結(jié)構(gòu)的周期隨著膜厚的增加而增加。不對(duì)稱的(103)倒易空間圖強(qiáng)有力地證明了這面內(nèi)調(diào)制結(jié)構(gòu)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(yīng)力的弛豫而導(dǎo)致LSMO薄膜中贗立方角的恢復(fù)。 第三章結(jié)合La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>中與自旋有關(guān)的復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu)以及p-n結(jié)中存在的電子注入的特點(diǎn)，詳細(xì)地分析了La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>/SNTO p-n結(jié)中復(fù)雜磁電阻的起源，即由于錳氧化物中晶場(chǎng)劈裂能、自旋劈裂能、Jahn-Teller能等能量之間微妙的相互競(jìng)爭(zhēng)，SNTO中的電子在外電場(chǎng)的作用下有選擇的被注入到LC

6、MO復(fù)雜的與自旋相關(guān)的有關(guān)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(dǎo)致負(fù)磁電阻；被填充到t<'↓><,2g>帶的少數(shù)自旋載流子將導(dǎo)致正磁電阻。 第四章利用La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>/SNTO p-n結(jié)這一特殊異質(zhì)結(jié)構(gòu)研究了La<,1-x>Ca~Mn03相關(guān)能隙隨磁場(chǎng)的演化。結(jié)合p．，z結(jié)反向偏置輸運(yùn)特點(diǎn)及La<,1-x>Ca<,x>MnO<,3>能帶結(jié)構(gòu)，分析了p-n結(jié)中

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