La0.8Zr0.2MnO3薄膜和La0.67Ca0.33Mn1-xZnxO3(0.03≤x≤0.2)的结构及物性研究

摘要

自从巨磁电阻(GMR)效应在Fe/Cr多层膜中发现以来，稀土钙钛矿锰氧化物LaRxMnO3(R=Ca，Sr，Ba)结构和巨磁电阻的研究受到广泛关注。但是，这类巨磁电阻材料距离实际应用还存在许多困难，诸如：产生CMR现象所需的外加磁场非常大，通常需要几个特斯拉；材料磁电阻的峰值多出现在低温区内；磁电阻剧烈变化的温度范围很窄，这些因素都极大地限制了这种锰氧化物材料的实际应用。目前很多研究工作都集中在A位掺杂碱金属元素上，对掺杂Zr4+的薄膜报导还不多，故在A位掺杂Zr4+制备了La0.8Zr0.2MnO3薄膜；Mn位掺杂是调整稀土锰氧化物中Mn3+和Mn4+比例的一种十分有效的方法，对理解稀土锰氧化物材料的微观机理具有重要作用。本文以Zn2+部分替代Mn3+，制备了La0.67Ca0.33Mn1-xZnxO3(x=0.03，0.05，0.1，0.15，0.2)材料，对上述体材料和薄膜的结构及物性进行了系统研究。
　　 采用固相反应法制备了La0.67Ca0.33Mn1-xZnxO3(x=0.03，0.05，0.1，0.15，0.2)多晶样品。通过X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、红外吸收光谱测量、微波吸收、四探针法等手段对样品进行结构及性质测试。结果表明，当Zn掺杂量x<0.2时，样品形成单相的正交钙钛矿结构，当x=0.2时，样品由La0.67Ca0.33Mn1-xZnxO3和ZnO两相组成。样品的颗粒形貌呈现比较规则的立方体，颗粒大小不均匀，随着Zn2+浓度增加，颗粒逐渐变大，610cm-1附近的红外光谱吸收峰逐步向高频移动。Zn2+浓度对材料的磁电阻和微波吸收特性有明显影响。
　　 利用射频磁控溅射法结合后退火工艺在LaAlO3(100)衬底上制备了La0.8Zr0.2MnO3一系列薄膜样品。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、光电子能谱(XPS)、四探针法对其进行结构及性质测试。X射线衍射分析表明，薄膜在700～900℃温度区间退火形成单相的赝立方钙钛矿结构。薄膜的X射线光电子能谱(XPS)测量表明薄膜中Zr的价态为Zr4+。经过850℃退火的薄膜样品，在室温300k，磁场为1.5T的条件下，磁电阻达到26.7％。