几种钙钛矿型锰氧化物薄膜的结构、磁性和输运性质的研究

摘要

具有钙钛矿结构的锰氧化物具有丰富的物理性质，如铁磁性和庞磁阻效应等，一直是凝聚态物理和材料科学领域的热点和前沿课题。薄膜功能材料的研究对功能器件的研制具有尤为重要的作用。本文研究了几种稀土掺杂钙钛矿锰氧化物薄膜的结构、磁性质和输运性质。具体内容如下:
　　首先，我们研究了Pr0.7Sr03MnO3(36 nm)/La0.5Ca0.5MnO3(x nm)/Pr0.7Sr0.3MnO3(36 nm)(PSMO/LCMO/PSMO)三层膜的结构、磁性和输运性质。PSMO/LCMO/PSMO三层膜应变弛豫状态由体积应变(bulk strain)和Jahn-Teller(JT)应变共同决定，薄膜应变弛豫机制与四方畸变的应变弛豫机制不同。薄膜表面和界面粗糙度与薄膜的应变弛豫相关。体积应变和JT应变之间的相互竞争，表面粗糙度和界面结构形态以及LCMO层中铁磁团簇的体积百分比都对三层膜的磁输运性能有重要影响，它们可能导致了具有典型的铁磁/反铁磁/铁磁结构的PSMO/LCMO/PSMO三层膜中交换偏置的消失。
　　其次，我们研究了超晶格[Pr0.7Sr0.3MnO3(x nm)/La0.5Ca05MnO3(4.8 nm)]20的结构和磁输运性质。所有超晶格都表现出铁磁性。当PSMO与LCMO厚度相等时，PSMO/LCMO界面处存在对等应力（即:PSMO受到的压应力等于LCMO受到的张应力），否则，PSMO/LCMO界面处存在非对等应力。值得注意的是，PSMO/LCMO界面处非对等应力导致超晶格在宽温度区间内有较大的磁电阻，表明了超晶格界面的非对等应力有利于降低磁电阻的温度敏感性。
　　接着，我们通过常规X射线衍射和掠入射X射线衍射对外延生长在(001)SrTiO3(STO)衬底上的La0.5Ba0.5MnO3(LBMO)薄膜的应变弛豫进行了研究。当LBMO薄膜的厚度增加到43nm左右时薄膜处于完全应变弛豫的状态。LBMO/STO体系中JT应变起决定作用，薄膜的应变弛豫机制与四方畸变的弛豫机制相同。另外，薄膜的近表面结构和界面结构发生了变化，这可能与LBMO薄膜的表面发生了某种变化以及薄膜-衬底界面间存在低密度LBMO子层相关。
　　最后，我们研究了蓝宝石(α-Al2O3)单晶衬底上生长的Pr0.7Sr0.3MnO3薄膜的结构、磁性和输运性质。薄膜具有(100)、(110)和(111)取向，还具有室温铁磁性。同时，相对于PSMO块材和STO衬底上外延生长的PSMO薄膜而言，它们在宽温度区间内有相对较大的磁电阻。这些特性有利于磁电子器件的实用化。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 磁电阻材料的介绍

1．2 庞磁电阻锰氧化物材料研究概述

1．3 庞磁电阻材料的应用

1．4 钙钛矿锰氧化物的基本物理性能

1．4．1 晶体结构

1．4．2 电子结构和自旋轨道有序

1．4．3 相图

1．4．4 磁输运性质

1．4．5 磁输运性质的理论解释

1．5 钙钛矿锰氧化物薄膜的应变

1．5．1 外延薄膜中的应变

1．5．2 衬底导致的应变效应

1．5．3 薄膜厚度诱导的应变效应

1．5．4 应变效应的理论模型

1．6 研究现状和问题引入

1．7 本章小结

2 材料的制备和性能的表征

2．1 固相反应法制备靶材

2．2 脉冲激光沉积法制备薄膜

2．3 薄膜的结构表征

2．3．1 X射线衍射

2．3．2 掠入射x射线衍射

2．3．3 掠入射X射线反射

2．3．4 X射线散射

2．3．5 原子力显微镜

2．4 性能测量

2．5 本章小结

3 锰氧化物三层膜Pr0．7Sr0．3MnO3／La0．5Ca0．5MnO3／Pr0．7Sr0．3MnO3的微结构、磁性和输运性质

3．1 引言

3．2 实验过程

3．3 结构分析

3．3．1 晶体结构和应变

3．3．2 表面和界面微结构

3．4 电磁输运性质

3．5 本章小结

4 锰氧化物超晶格[Pr0．7Sr0．3MnO3／La0．5Ca0．5MnO3]20的结构、磁性和输运性质

4．1 引言

4．2 实验过程

4．3 结构分析

4．4 输运性质

4．4．1 低温输运性质

4．4．2 高温输运性质

4．4．3 逾渗模型

4．5 磁性质

4．6 本章小结

5 掠入射和常规x射线衍射对La0．5Ba0．5MnO3薄膜应变弛豫的研究

5．1 引言

5．2 实验过程

5．3 结构分析

5．4 本章小结

6．蓝宝石衬底上Pr0．7Sr0．3MnO3薄膜结构、磁性和输运性质

6．1 引言

6．2 实验过程

6．3 结构分析

6．4 输运性质

6．5 磁性质

6．6 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间已发表及待发表论文情况

攻读博士学位期间参加的国际国内学术会议

攻读博士学位期间参加的科学研究情况