强磁场下磁力显微镜的研制及其在锰氧化物中的应用

发布时间：2017-11-20 02:02

  本文关键词：强磁场下磁力显微镜的研制及其在锰氧化物中的应用

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【摘要】：磁力显微镜(MFM)是一种可以对材料表面微观磁结构进行成像的扫描探针显微镜。自上世纪八十年代末被发明以来,MFM无论在技术方面还是应用方面都获得了众多进展。例如,在技术方面,在MFM中发展出了调频测量模式,这种模式在应用于原子力显微镜后获得了真实的原子分辨率；在应用方面,成功实现了对超导涡旋及磁畴的直接观测。磁场是调控磁性材料性质极为重要的参数,因此强磁场下MFM的发展对于研究磁性材料具有重要的意义。目前已报道的磁力显微镜成像的最高磁场为8T,然而有很多材料的磁性转变发生在更高磁场,因此更强磁场中MFM的研制是一种迫切的需求。 鉴于这种考虑,我们研制了一台适用于20T超导磁体的MFM。该MFM基于我们自己设计的SpiderDrive压电步进马达,该马达的最大优势在于负责步进的压电扫描管还可以进行扫描,因此结构紧凑,特别适合孔径狭小的超强磁体。第三章将详细介绍该强磁场MFM的设计与研制过程。我们对样品测试的结果表明,该MFM工作稳定、噪音低、在升场时漂移小,在高达17.6T的磁场下仍能稳定工作。该部分工作已发表于Ultramicroscopy。 钙钛矿锰氧化物是一种典型的强关联电子材料,其中涉及铁磁金属相和反铁磁电荷有序相的相分离是锰氧化物的核心研究领域之一。我们利用自制的强磁场MFM对经过后退火过程的La0.67Ca0.33MnO3/NdGaO3(001)薄膜以及Pr1/2Ca1/2MnO3薄膜中的相分离及其演变过程进行系统地成像。 后退火的La0.67Ca0.33MnO3/NdGaO3(001)薄膜中,在外加磁场时反铁磁相的融化显示出明显的各向异性,表明各向异性外延应力的重要作用。反铁磁相完全融化再降场时,在反铁磁相占主导的相分离态反铁磁相会重入。我们发现反铁磁相的重入在微观上的结构随温度而变化。在高温时,反铁磁相畴以点出现,而在中间温度以条状出现,在更低温度以无规则的形状出现。这反映了外延应力与Jahn-Teller畸变之间的竞争关系。 Pr1/2Ca1/2MnO3是一个典型的以反铁磁电荷有序相为基态的材料。其电荷有序相的融化磁场非常高,由于以前缺少足够强磁场下的成像仪器,对这个材料相变的研究一直缺少微观成像。我们利用自制的20T MFM的强磁场优势,对这个材料进行了系统表征。结果表明,结构上的线缺陷对反铁磁相的融化和形成具有重要的作用。在反铁磁相融化时,铁磁相首先从线缺陷附近开始成核,同时,在反铁磁相完全融化后再降场,反铁磁相也从线缺陷附近开始形成。这种双重作用很可能来自于线缺陷附近的应力变化,使某区域有利于铁磁相的形成,而邻近区域有利于反铁磁相的形成。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH742

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本文编号：1205648