钙钛矿氧化物薄膜的缺陷、界面和物性耦合研究
发布时间：2021-10-07 17:43
在新型多参量复合量子功能材料的设计和探寻中,钙钛矿氧化物及其层状类钙钛矿衍生结构因其丰富的结构和物理内涵备受研究者青睐。材料中自旋、轨道、晶格和电荷等序参量间的强相互关联能够诱导出诸多新颖的物理功能特性,包括多铁、透明导电、拓扑绝缘体、高温超导以及庞磁电阻等,对信息存储及自旋电子器件等方面的发展具有重要意义。然而,多自由度的灵活可调同样意味着（类）钙钛矿氧化物研究的复杂性和高挑战性。因此,更好地理解材料中的物理作用机制,才能为（类）钙钛矿氧化物多功能器件的开发和应用提供更多理论和实验基础。本论文着眼于（类）钙钛矿氧化物外延薄膜的缺陷、界面以及物性耦合研究,按材料类型可分为简单钙钛矿和复杂铋层状类钙钛矿氧化物两部分。我们首先从简单钙钛矿结构材料入手,选定在透明导电氧化物半导体方面极具潜力的锡酸钡为研究载体,探讨氧空位对材料结构和电输运性质的调控作用;以此为基础,利用界面工程技术,组合锡酸钡与铁电单晶衬底制备钙钛矿氧化物异质结,进一步研究异质界面多种序参量耦合对材料电学性质的调控。然后,我们将简单钙钛矿薄膜制备与研究中积累的经验应用到复杂层状类钙钛矿自然超晶格的构建上,研究了单相层状氧化物...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１四类典型钙钛矿结构
持，化??合物将转化成热力学上更为稳定的其它晶相。在另一方面，当Ａ位离子尺寸增??长（ｒ＞ｌ），体系将通过阳离子位移诱导四方结构形变使总能量降低。晶体结构??与离子尺寸的联系表明，钙钛矿晶格对称性能通过ｄ、Ｓ位离子掺杂有意识的??进行调控。??＾ｚｚ?－Ｉ－?￣＾ｘ２－ｙ２??－ｆ－，??ｔ?０？?＃?；??木?３ｄｘ２－ｙ＾?３ｄｚ２?／＼＼??个?３ｄｙｚ?３ｄｘｚ?＾??Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ?Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ?Ｏｃｔａｈｅｄｒａ?Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ??图１．２晶体场中５位阳离子Ｍ能级劈裂诱导的氧八面体畸变［６］。??除了阳离子尺寸效应，钙钛矿氧化物结构畸变也与５位阳离子特定电子轨??３??
?第１章绪论???道占据情况相关，这一现象在ｄ轨道电子数为奇数时尤为显著。如图１．２所示，??当过渡金属离子占据５位格点，处于对称氧八面体晶体场下的ｄ轨道劈裂为两??重简并＆?（ｄｘ２＿ｙ２和ｄ３２２＿ｒ２）和三重简并％（ｄｘｙ、ｄｙｚ和心）的两个亚族。当??氧八面体结构拉伸或压缩，能级会进一步劈裂去简并化，使得畸变下低对称??氧八面体的电子总能量比高对称性更低，因而能够达到平衡状态，这一电子－??声子耦合诱导的氧八面体畸变被称为Ｊａｈｎ－Ｔｅｌｌｅｒ畸变［７］。??１．２．１．２钙钛矿氧化物的典型物理性质??Ａ?Ｘ?Ｂ??．．．．．．．?，！＇ｙ?７：Ｚ＇?．，：＇＇ｘ＾ｉ：＇：：：．．：??ｉ??０?４?８?１２?１６?２０?２４?２８?３２??＃?ｏｆ?ｓｔａｂｌｅ?ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｓ?ｏｎ?Ａ?ａｎｄ?Ｂ?ｓｉｔｅｓ??图１．３钙钛矿乂和Ｂ位格点各元素占据可能性［８］。??理论研究表明，元素周期表中大量元素能够占据钙钛矿ｄ位或５位格点形??成稳定结构（见图１．３）?［８］。如此海量的功能性离子组合、多样化的电荷配对??选择［（心办）＝（＋１，?＋５），（＋２，?＋４），?（＋３，?＋３），（＋４，?＋２）］，加上结构中复杂的自旋、轨??．道、晶格和电荷间的相互耦合，无疑会在钙钛矿材料中产生丰富的新颖物性，??有待研究者进一步发掘。目前，钙钛矿氧化物材料中已见报道的重要功能物性??包括铁电性（如ＢａＴｉ０３［９］）、铁磁性（如Ｓｒ２ＦｅＭｏＯ６［１０］）、多铁性（如ＢｉＦｅ０３［ｌ?１］）、??巨磁电阻（如ＬａｕｘＳｒｘＭｎＯｄＵ，＾）、超导性（如Ｂａ〇．６Ｋ〇．４Ｂｉ０３［
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光沉积功能薄膜的研究进展[J]. 程勇,陆益敏,郭延龙,黄国俊,王淑云,朱孟真,黎伟,米朝伟,曹海源. 激光与光电子学进展. 2015(12)
[2]薄膜材料透射电镜截面样品的简单制备方法[J]. 马秀梅,尤力平. 电子显微学报. 2015(04)
[3]铁电薄膜的漏电行为及其电滞回线形变[J]. 郑立荣,林成鲁,许华平,邹世昌,奥山雅则. 中国科学E辑:技术科学. 1996(06)
[4]稀薄等离子体中逆轫致吸收的非线性强光效应[J]. 冯量,霍裕昆. 物理学报. 1995(12)
[5]电子能量损失谱学及其在材料科学中的应用[J]. 王永瑞,邹骐,卢党吾. 物理. 1994(06)
硕士论文
[1]层状钙钛矿型Bi5Ti3FeO15多铁薄膜在金属底电极上的择优取向生长[D]. 李进.青岛大学 2019
本文编号：3422492
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１四类典型钙钛矿结构
持，化??合物将转化成热力学上更为稳定的其它晶相。在另一方面，当Ａ位离子尺寸增??长（ｒ＞ｌ），体系将通过阳离子位移诱导四方结构形变使总能量降低。晶体结构??与离子尺寸的联系表明，钙钛矿晶格对称性能通过ｄ、Ｓ位离子掺杂有意识的??进行调控。??＾ｚｚ?－Ｉ－?￣＾ｘ２－ｙ２??－ｆ－，??ｔ?０？?＃?；??木?３ｄｘ２－ｙ＾?３ｄｚ２?／＼＼??个?３ｄｙｚ?３ｄｘｚ?＾??Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ?Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ?Ｏｃｔａｈｅｄｒａ?Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ??图１．２晶体场中５位阳离子Ｍ能级劈裂诱导的氧八面体畸变［６］。??除了阳离子尺寸效应，钙钛矿氧化物结构畸变也与５位阳离子特定电子轨??３??
?第１章绪论???道占据情况相关，这一现象在ｄ轨道电子数为奇数时尤为显著。如图１．２所示，??当过渡金属离子占据５位格点，处于对称氧八面体晶体场下的ｄ轨道劈裂为两??重简并＆?（ｄｘ２＿ｙ２和ｄ３２２＿ｒ２）和三重简并％（ｄｘｙ、ｄｙｚ和心）的两个亚族。当??氧八面体结构拉伸或压缩，能级会进一步劈裂去简并化，使得畸变下低对称??氧八面体的电子总能量比高对称性更低，因而能够达到平衡状态，这一电子－??声子耦合诱导的氧八面体畸变被称为Ｊａｈｎ－Ｔｅｌｌｅｒ畸变［７］。??１．２．１．２钙钛矿氧化物的典型物理性质??Ａ?Ｘ?Ｂ??．．．．．．．?，！＇ｙ?７：Ｚ＇?．，：＇＇ｘ＾ｉ：＇：：：．．：??ｉ??０?４?８?１２?１６?２０?２４?２８?３２??＃?ｏｆ?ｓｔａｂｌｅ?ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｓ?ｏｎ?Ａ?ａｎｄ?Ｂ?ｓｉｔｅｓ??图１．３钙钛矿乂和Ｂ位格点各元素占据可能性［８］。??理论研究表明，元素周期表中大量元素能够占据钙钛矿ｄ位或５位格点形??成稳定结构（见图１．３）?［８］。如此海量的功能性离子组合、多样化的电荷配对??选择［（心办）＝（＋１，?＋５），（＋２，?＋４），?（＋３，?＋３），（＋４，?＋２）］，加上结构中复杂的自旋、轨??．道、晶格和电荷间的相互耦合，无疑会在钙钛矿材料中产生丰富的新颖物性，??有待研究者进一步发掘。目前，钙钛矿氧化物材料中已见报道的重要功能物性??包括铁电性（如ＢａＴｉ０３［９］）、铁磁性（如Ｓｒ２ＦｅＭｏＯ６［１０］）、多铁性（如ＢｉＦｅ０３［ｌ?１］）、??巨磁电阻（如ＬａｕｘＳｒｘＭｎＯｄＵ，＾）、超导性（如Ｂａ〇．６Ｋ〇．４Ｂｉ０３［
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光沉积功能薄膜的研究进展[J]. 程勇,陆益敏,郭延龙,黄国俊,王淑云,朱孟真,黎伟,米朝伟,曹海源. 激光与光电子学进展. 2015(12)
[2]薄膜材料透射电镜截面样品的简单制备方法[J]. 马秀梅,尤力平. 电子显微学报. 2015(04)
[3]铁电薄膜的漏电行为及其电滞回线形变[J]. 郑立荣,林成鲁,许华平,邹世昌,奥山雅则. 中国科学E辑:技术科学. 1996(06)
[4]稀薄等离子体中逆轫致吸收的非线性强光效应[J]. 冯量,霍裕昆. 物理学报. 1995(12)
[5]电子能量损失谱学及其在材料科学中的应用[J]. 王永瑞,邹骐,卢党吾. 物理. 1994(06)
硕士论文
[1]层状钙钛矿型Bi5Ti3FeO15多铁薄膜在金属底电极上的择优取向生长[D]. 李进.青岛大学 2019
本文编号：3422492
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