BiFeO 3 /La 2/3 Sr 1/3 MnO 3 异质结的界面输运与磁介电特性研究
发布时间：2021-07-26 00:20
采用激光分子束外延法制备了多铁/顺磁结构的BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3（BFO/LSMO）异质结,通过外场调控的方法研究了该异质结界面的电子输运以及磁电耦合特征。结果表明,异质结的输运机制来源于空间电荷限制电流机制;复合薄膜在室温下表现出的铁磁性,且磁矩来源于BFO层,异质结界面处诱导出的网状磁矩会使样品产生比较明显的磁电耦合。在零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）下,样品的磁介电系数分别在160和170 K达到极大值,介电损耗-温度曲线在150170附近产生分裂,该温度区间与BFO层的铁弹-极化相变相关。
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
BFO/LSMO异质结的XRD图谱
第5期牛利伟等：BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3异质结的界面输运与磁介电特性研究·1317·图2BFO/LSMO的AFM图像Fig.2AFMpatternsofBFO/LSMOheterostructure:(a)surfacemorphologyofLSMOfilmand(b)surfacemorphologyofBFOfilm现象，表明BFO使得外延薄膜样品由层层生长模式向岛状生长转变。由于表面粗糙度较低，晶粒形状呈现出明显的四对称结构，且晶粒分布大致均匀，并没有发现较大起伏的分子团簇，因而可以认为BFO以单相立方结构生长，具备较为良好的生长形貌。2.2BFO/LSMO异质结的界面输运特性漏电流机制是衡量铁电材料性能好坏的标志之一，铁电材料应该首先是一种绝缘的介电材料，因此输运特性与机制的研究是铁电材料与器件的重要课题。图3为不同温度下异质结的电流-电压特性，从图3a中可以看出，I-V曲线基本对称且并没有观察到明显的整流特征。绝缘薄膜的输运机制主要有3种：肖特基机理(Schottky)[21]、普尔-富兰克机理(Poole-Frenkel)和空间电荷限制电流机理(space-charge-limitedcurrent，SCLC)[22,23]。其中，肖特基机理是由于材料与电极界面势垒形成而导致的界面现象，而另外两种都起因于材料的体内[24,25]。S.Habouti[26]，R.Ranjith[27]认为，BFO最可能的漏电流机制是Poole-Frenkel(PF)机制。而另一方面，在空间电荷限制电流机理中，电流-电压曲线可以分为3个阶段，当电场强度E较小时，它们受欧姆定律的限制，I∝J∝E，此时的导电主要由热电子所引起；当电场强度E为中等强度时它们受势阱填充的限制，I∝J∝Eα(α为正数)，此时的电流-电压曲线上会有一个电流的陡峭上升；而当电场强度E更高时它们受Child定律的限制，I∝J∝E2[28,29]。样品的lnI-lnV曲线示于图3b中。对不同温度?
?单一取向特征，并且没有出现杂相。通过AFM对BFO/LSMO异质结的各层薄膜进行形貌表征，图2为其AFM图像。其中，LSMO的平均表面粗糙度低于0.5nm，表明该薄膜具备较为理想的层层生长（layerbylayer）结构，其表面的晶粒尺寸较小，平均为15nm，且多数相邻晶粒之间表现为连通趋势，反映了生长过程中的多岛融合（coalesce）与团簇聚集（aggregation），表明LSMO的层层生长具体表现为亚单层生长模式，经历着从亚单层岛向单层膜的形貌转变；BFO的平均表面粗糙度约为2.5nm，晶粒尺寸为40nm，且晶粒分离度较大，无明显的连通图1BFO/LSMO异质结的XRD图谱Fig.1XRDpatternofBFO/LSMOheterostructure20304050602θ/(°)Intesnti/ya.u.FO(B0)1SMOL0(10)AL(O0)1FO(B0)2SMOL0(20)AL(O0)2
本文编号：3303062
【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(05)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
BFO/LSMO异质结的XRD图谱
第5期牛利伟等：BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3异质结的界面输运与磁介电特性研究·1317·图2BFO/LSMO的AFM图像Fig.2AFMpatternsofBFO/LSMOheterostructure:(a)surfacemorphologyofLSMOfilmand(b)surfacemorphologyofBFOfilm现象，表明BFO使得外延薄膜样品由层层生长模式向岛状生长转变。由于表面粗糙度较低，晶粒形状呈现出明显的四对称结构，且晶粒分布大致均匀，并没有发现较大起伏的分子团簇，因而可以认为BFO以单相立方结构生长，具备较为良好的生长形貌。2.2BFO/LSMO异质结的界面输运特性漏电流机制是衡量铁电材料性能好坏的标志之一，铁电材料应该首先是一种绝缘的介电材料，因此输运特性与机制的研究是铁电材料与器件的重要课题。图3为不同温度下异质结的电流-电压特性，从图3a中可以看出，I-V曲线基本对称且并没有观察到明显的整流特征。绝缘薄膜的输运机制主要有3种：肖特基机理(Schottky)[21]、普尔-富兰克机理(Poole-Frenkel)和空间电荷限制电流机理(space-charge-limitedcurrent，SCLC)[22,23]。其中，肖特基机理是由于材料与电极界面势垒形成而导致的界面现象，而另外两种都起因于材料的体内[24,25]。S.Habouti[26]，R.Ranjith[27]认为，BFO最可能的漏电流机制是Poole-Frenkel(PF)机制。而另一方面，在空间电荷限制电流机理中，电流-电压曲线可以分为3个阶段，当电场强度E较小时，它们受欧姆定律的限制，I∝J∝E，此时的导电主要由热电子所引起；当电场强度E为中等强度时它们受势阱填充的限制，I∝J∝Eα(α为正数)，此时的电流-电压曲线上会有一个电流的陡峭上升；而当电场强度E更高时它们受Child定律的限制，I∝J∝E2[28,29]。样品的lnI-lnV曲线示于图3b中。对不同温度?
?单一取向特征，并且没有出现杂相。通过AFM对BFO/LSMO异质结的各层薄膜进行形貌表征，图2为其AFM图像。其中，LSMO的平均表面粗糙度低于0.5nm，表明该薄膜具备较为理想的层层生长（layerbylayer）结构，其表面的晶粒尺寸较小，平均为15nm，且多数相邻晶粒之间表现为连通趋势，反映了生长过程中的多岛融合（coalesce）与团簇聚集（aggregation），表明LSMO的层层生长具体表现为亚单层生长模式，经历着从亚单层岛向单层膜的形貌转变；BFO的平均表面粗糙度约为2.5nm，晶粒尺寸为40nm，且晶粒分离度较大，无明显的连通图1BFO/LSMO异质结的XRD图谱Fig.1XRDpatternofBFO/LSMOheterostructure20304050602θ/(°)Intesnti/ya.u.FO(B0)1SMOL0(10)AL(O0)1FO(B0)2SMOL0(20)AL(O0)2
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