钙钛矿氧化物超晶格的制备与电磁性能研究

发布时间：2017-05-02 04:00

  本文关键词：钙钛矿氧化物超晶格的制备与电磁性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于丰富有趣的物理内涵以及工艺上潜在的应用价值,钙钛矿氧化物异质结一直是材料科学研究领域的热点研究之一。它不仅有助于我们更深入地理解强关联体系中的轨道,品格,电子自旋与电荷自由度在界面处的相互作用,同时对于我们了解结构与物理性能之间的关系并对多功能的材料的研发有非常重要的意义。而随着外延薄膜制备技术的不断发展和成熟,许多有趣的界面现象也陆续被科研者们发现。比如两种反铁磁材料的界面出现铁磁性,甚至超导性,非极性的AFD模式能够诱导出非常规的铁电性等等。而这些新奇现象的出现都与界面处的八面体畸变和旋转耦合以及电荷转移、自旋阻挫等界面效应紧密相连。此外,由于钙钛矿结构出众的外延性,其薄膜器件对于研究钙钛矿结构的材料的多功能集成有着重大的意义。于是,本论文选取典型的钙钛矿结构庞磁阻(CMR)材料锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3与La0.67Ca0.33MnO3,与结构性质突出的SmFeO3和巡游铁磁材料SrRuO3制备成高质量的外延超晶格结构。一方面通过应力状态来调制氧八面体的畸变与旋转模式,达到对其电磁性质的调控,另一方面则通过电荷转移等界面效应提高超薄LCMO的电磁性能。 本论文总共分六章。 第一章作为论文的绪论部分,我们首先介绍了典型的钙钛矿氧化物材料的晶格结构及其基本物性。紧接着就从两个方面入手,一方面阐述了外延应力和界面耦合以及超短超晶格的形成对界面处八面体的畸变与旋转模式的影响及其对物理性能的调节,另一方面则介绍了电荷有序和自旋阻措等界面效应对钙钛矿氧化物异质结的性能调控,为我们接下来探究超晶格的结构以及界面效应对电磁性能的影响作铺垫。 第二章在这一章节中,我们详细地介绍了实验中超晶格薄膜样品制备所使用的脉冲激光沉积系统(PLD),以及原子力显微镜(AFM),X射线衍射(XRD),倒易空间图测量(RSM),以及低温测量系统(VSM、SQUID和PPMS)等等样品性能表征手段。 第三章我们选取正交性较强的SmFeO3(SFO)与生长过程中容易出畴的菱形结构的La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)正交对称的NdGaO3衬底上制备得到超晶格,通过对其结构与电磁性质的研究,发现了与单层LSMO薄膜中截然不同的应力弛豫机制,并且随着LSMO与SFO相对厚度的变化,应力状态的逐渐改变也伴随着易磁化轴以及电磁转变温度的变化,证明了超晶格界面处的结构与物理性能之间的关联。 第四章选取了广为研究的CMR锰氧化物La0.67Ca0.33MnO3(LCMO)和巡游铁磁材料SrRuO3(SRO)交替生长制备得到了高质量外延超晶格。在超薄的超晶格样品中,其顺磁绝缘态-铁磁金属态转变温度达到LCMO块材水平,且不受LCMO和SRO单层厚度的影响。排除外延应力以及界面元素混合等因素,我们考虑是界面处SRO中巡游电子的转移,导致LCMO层中Mn3+与Mn4+离子比例的改变,增强了其双加换作用,提高了其电磁转变温度。 第五章为了进一步研究具有磁电耦合效应潜质的材料,我们探究高质量的DyFeO3外延薄膜的制备条件。通过改变衬底以及薄膜生长过程的氧压,得到其最佳生长条件——衬底温度735℃C,氧压6Pa。在这一条件下制备出一系列不同厚度的薄膜,发现薄膜的表面形貌随着厚度增加逐渐平整,且经过后退火过程,薄膜都出现了清晰锐利的原子台阶,证明我们制备得到的是高质量的外延薄膜。 第六章介绍了本论文主要创新点。
【关键词】：钙钛矿氧化物 异质结 超晶格 界面效应
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O611.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-52
• 1.1 引言12-13
• 1.2 钙钛矿氧化物体系的基本物理性质13-28
• 1.2.1 钙钛矿锰氧化物13-22
• 1.2.1.1 晶格结构14-15
• 1.2.1.2 钙钛矿锰氧化物中的双交换机制15-17
• 1.2.1.3 钙钛矿锰氧化物的磁结构17-18
• 1.2.1.4 两种典型的钙钛矿锰氧化物18-22
• 1.2.2 钙钛矿结构正铁氧体22-24
• 1.2.3 钙钛矿结构SrRuO_324-28
• 1.2.3.1 块材性质25-26
• 1.2.3.2 SrRuO_3薄膜电磁性质26-28
• 1.3 钙钛矿氧化物异质结中的性能调控28-44
• 1.3.1 钙钛矿氧化物异质结中的氧八面体畸变28-34
• 1.3.1.1 钙钛矿氧化物异质结中应力对氧八面体的调控29-31
• 1.2.3.2 钙钛矿氧化物异质结中界面耦合对氧八面体的调控31-32
• 1.2.3.3 钙钛矿氧化物超晶格结构氧八面体的调控32-34
• 1.3.2 钙钛矿氧化物异质结中的界面效应34-44
• 1.3.2.1 最简单的界面效应——样品表面36-37
• 1.3.2.2 钙钛矿氧化物异质结中的界面现象37-38
• 1.3.2.3 钙钛矿氧化物异质结界面处的电荷转移38-42
• 1.3.2.4 氧化物异质结界面处阻挫42-44
• 1.4 本章小结44-45
• 参考文献45-52
• 第二章 超晶格样品的制备以及表征手段52-61
• 2.1 靶材的制备52
• 2.2 超晶格薄膜的制备52-54
• 2.3 超晶格的结构、形貌及电磁性能表征54-60
• 2.3.1 X射线衍射基础知识54-56
• 2.3.2 X射线倒易空间点阵56-58
• 2.3.3 原子力显微镜(AFM)58
• 2.3.4 电磁性能的测量58-60
• 2.4 本章小结60-61
• 第三章 [SmFeO_3/La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3]n超晶格的结构及其电磁输运性质61-76
• 3.1 引言61-62
• 3.2 超晶格样品的制备及表征62
• 3.3 实验结果的分析与讨论62-74
• 3.3.1 [SmFeO_3/La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3]_8超晶格的结构性质62-69
• 3.3.2 [SmFeO_3/La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3]_8超晶格的电磁性质69-74
• 3.4 本章小结74-75
• 参考文献75-76
• 第四章 [SrRuO_3/La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3]n超晶格在不同衬底上的电磁输运性质76-94
• 4.1 引言76-77
• 4.2 超晶格薄膜样品的制备及性能表征77
• 4.3 实验结果的分析与讨论77-91
• 4.3.1 [SrRuO_3/La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3]_(10)超晶格的结构性质78-80
• 4.3.2 [SrRuO_3/La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3]_8超晶格的电磁性质80-91
• 4.4 本章小结91-92
• 参考文献92-94
• 第五章 DyFeO_3外延薄膜的制备94-104
• 5.1 引言94-95
• 5.2 DyFeO_3薄膜样品的制备及性能表征95-96
• 5.3 实验结果的分析以及讨论96-101
• 5.3.1 DyFeO_3外延薄膜的制备96-99
• 5.3.2 DyFeO_3外延薄膜的厚度演化99-101
• 5.4 本章小结101-102
• 参考文献102-104
• 第六章 本论文主要创新点104-105
• 硕士在读期间的学术成果105-106
• 致谢106

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