La0.7Sr0.3MnO3多晶薄膜的结构特性及其低场磁电阻

摘要

钙钛矿结构的锰氧化物镧锶锰氧（La1-xSrxMnO3∶LSMO）因为其晶格、电子、自旋、轨道的相互耦合而表现出丰富的物理性能，获得了人们的广泛关注。尤其是LSMO薄膜，由于其具有优越的低场磁电阻性能而受到了广泛地研究。居里温度（TC）和金属-绝缘转变温度(TIM)是表征锰氧化物磁、电性能的两个重要参数。双交换作用模型定性地解释了锰氧化物的铁磁性和金属性的共存机制。一般来讲，LSMO中的Mn3+/Mn4+比例会影响双交换作用，并最终影响TC和TIM。TIM的变化往往伴随着TC的变化，因而限制了锰氧化物的低场磁电阻的温度区间。本文通过改变LSMO多晶薄膜的沉积温度以调控其TC和TIM，使二者发生非同步变化，进而有效地调节了LSMO多晶薄膜的低场磁电阻性能。 首先，成功地制备出了高质量的LSMO薄膜。采用XRD、SEM、TEM等研究了沉积温度对LSMO多晶薄膜的结晶质量、表面形貌、微结构的影响。结果表明，随着沉积温度的升高，薄膜的结晶质量逐渐提高，其晶粒尺寸也逐渐增大。当沉积温度高于650℃时，薄膜的表面形貌发生了改变。薄膜由柱状晶构成，其厚度约为350nm，而且薄膜与基片的界面清晰平直。采用XPS技术研究了沉积温度对LSMO薄膜电子结构的影响，发现薄膜中的Mn3+/Mn4+比例随着沉积温度的改变而改变。 其次，用PPMS和SQUID测量了LSMO薄膜的电、磁性能，并且研究了沉积温度对LSMO薄膜的电、磁性能的影响。结果表明，随着沉积温度的升高，LSMO薄膜的电阻率先减小后增大，而饱和磁矩先增大后减小。TC随着沉积温度升高而逐渐增大，但是在沉积温度为750℃时略有下降。与之相对应，TIM则先增大后减小，TC与TIM之间存在温度差。在650℃～750℃的温度区间，两者的温度差随沉积温度的升高而增大。TC和TIM的非同步变化起因于薄膜中Mn3+/Mn4+比例和微结构的变化。LSMO多晶薄膜表现出了较大的负的磁电阻效应，而且其磁电阻值随TC与TIM之间的温度差的增大而增大。因此，本文通过控制沉积温度实现了对LSMO多晶薄膜的TC和TIM的非同步调控，拓展了其LFMR的温度区间，为调控LSMO薄膜的电性能和磁性能提供了一种简单有效的方法。

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摘要

第1章绪论

1．1钙钛矿结构锰氧化物的结构特性

1．1．1钙钛矿锰氧化物的晶体结构

1．1．2锰氧化物的电子结构

1．2钙钛矿结构锰氧化物的物理性质

1．2．1磁输运性质

1．2．2电输运性质

1．2．3磁电阻

1．3钙钛矿结构锰氧化物的应用

1．4钙钛矿结构锰氧化物薄膜的制备方法

1．4．1溅射法

1．4．2脉冲激光沉积法

1．4．3分子束外延法

1．4．4溶胶-凝胶法

1．5本文研究内容和意义

2．1．1靶材的制备

2．1．2薄膜的制备

2．2结构表征

2．2．1 X射线衍射

2．2．2扫描电子显微镜

2．2．3透射电子显微镜

2．2．4 X射线光电子能谱

2．3物性表征

2．3．1超导量子干涉仪

2．3．2综合物性测量系统

2．3．3电学性能测试仪

第3章沉积温度对La0．7Sr0．3MnO3薄膜的结构特性的影响

3．1前言

3．2．1 XRD结果

3．2．2 SEM结果

3．2．3 TEM结果

3．3沉积温度对La0．7Sr0．3MnO3薄膜的电子结构的影响

3．4结论

第4章沉积温度对La0．7Sr0．3MnO3薄膜的电磁性能的影响

4．1引言

4．2电性能测试

4．3磁性能测试

4．4磁电阻

4．5结论

第5章全文总结及展望

5．1全文总结

5．2研究展望

参考文献

攻读学位期间发表的论著

致谢