發(fā)布時(shí)間：2020-07-07 14:35

【摘要】：鈣鈦礦氧化物是非常龐大的材料體系,不僅具有豐富的物理性質(zhì),例如鐵電性、鐵磁性、熱釋電、超導(dǎo)、催化等,而且在自旋電子器件、信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,因而一直以來都是材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近三十年來,隨著脈沖激光沉積(Plused Laser Deposition,PLD)、分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)等薄膜制備技術(shù)的迅速發(fā)展,鈣欽礦氧化物薄膜中由于晶格、軌道、電荷、自旋等多種自由度之間相互競爭和耦合而導(dǎo)致了諸多新奇的物理現(xiàn)象,例如界面二維電子氣、高溫超導(dǎo)等,這進(jìn)一步激發(fā)了人們對于鈣鈦礦氧化物薄膜的研究興趣�；诖�,本論文工作中制備了 Sr2CrWO6單層膜、SrRu03/CaRu03超晶格和LaMn03:Ni0納米復(fù)合薄膜三種不同結(jié)構(gòu)類型的薄膜,系統(tǒng)地研究了它們的晶體結(jié)構(gòu)、電輸運(yùn)性質(zhì)和磁性,主要內(nèi)容如下:1、利用PLD技術(shù)制備了厚度為12nm、24nm和48nm的Sr2CrW06(SCWO)雙鈣鈦礦氧化物薄膜。第一性原理計(jì)算表明,SCWO是一種半金屬(half-metal)材料,具有較高的自旋極化率,總的自旋磁矩為2.0μB/f.u.。10K時(shí)的磁滯回線(M-H)表明高真空下制備的SCWO薄膜具有亞鐵磁性,但飽和磁矩低于理論計(jì)算值,這是由于其中氧空位和反位缺陷的影響;電阻率-溫度(ρ-T)曲線表明,SCWO具有可比擬金屬材料的優(yōu)異的金屬性,其中,12nm的SCWO薄膜在2K和300K時(shí)的電阻率分別為4.9×10-11Ω·m和9.5×10-7Ω·m;同時(shí),SCWO薄膜具有較高的載流子濃度和遷移率,其中,12 nm的SCWO薄膜在2 K和300 K時(shí)的載流子濃度和遷移率分別為2.25×1028m-3和56×104cm2·V-1·s-1;此外還發(fā)現(xiàn)SCWO薄膜在低溫下表現(xiàn)出巨大的正磁電阻效應(yīng),12nm、24nm和48nm的SCWO薄膜在2 K、7 T下正磁電阻數(shù)值分別達(dá)到17200%、2060%、1185%。在排除一些可能的影響因素(例如氧空位等)之后,SCWO薄膜中巨大的正磁電阻效應(yīng)可能來源于其中較高載流子濃度和遷移率,而外加磁場抑制了 SCWO薄膜中的長程反鐵磁耦合,使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎坛痰淖孕裏o序的團(tuán)簇,從而增強(qiáng)了電子散射,增大了電阻率,導(dǎo)致了巨大的正磁電阻效應(yīng)。2、利用 PLD 技術(shù)制備了 6、10 和 15 個(gè)周期的 SrRu03/CaRuO3(SRO/CRO)超晶格,XRD和倒空間(RSM)沏試結(jié)果表明,超晶格薄膜是沿著c軸外延生長的。TEM測試結(jié)果表明,SRO/CRO超晶格具有層狀的結(jié)構(gòu),且具有優(yōu)異的外延性和相干的界面;面外零磁場冷卻(ZFC)和加磁場冷卻(FC)的磁化曲線表明,SRO/CRO超晶格在低溫下表現(xiàn)出類自旋玻璃態(tài)的行為,同時(shí),10K時(shí)的面外M-H回線呈現(xiàn)出“收腰”的現(xiàn)象,均來源于SRO/CRO超晶格中鐵磁和反鐵磁競爭,而反鐵磁又來源于壓應(yīng)力作用下,CaRu03層中的Ru06八面體畸變;ρ-T曲線表征表明,SRO/CRO超晶格呈現(xiàn)出金屬-半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變,低溫下的導(dǎo)電機(jī)制來源于二維弱局域化效應(yīng)。3、利用 PLD 技術(shù)制備了(1-x)LaMn03:xNiO(LMO:xNiO)薄膜,XRD 和 RSM測試結(jié)果表明,薄膜是LMO和NiO兩相復(fù)合的;TEM測試結(jié)果表明,LMO和NiO形成了具有三維界面的0-3型納米復(fù)合結(jié)構(gòu);M-H磁滯回線和ZFC-FC曲線表明,LMO:NiO納米復(fù)合薄膜具有鐵磁性,且隨著NiO含量的增加而增強(qiáng);而ρ-T曲線表明,LMO:NiO納米復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的絕緣性,且隨著NiO含量的增加而增強(qiáng),因此,0.5LMO:0.5NiO納米復(fù)合薄膜具有較好的鐵磁絕緣性。同時(shí),LMO:NiO納米復(fù)合薄膜還表現(xiàn)出較強(qiáng)的交換偏置效應(yīng),這主要來源于LMO和NiO界面處的鐵磁、反鐵磁耦合效應(yīng)。X射線吸收譜(XAS)測試和第一性原理計(jì)算證明了 LMO:NiO納米復(fù)合薄膜中存在電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象,即電子由Mn離子轉(zhuǎn)移至Ni離子。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

圖１．１鈣鈦礦氧化物的晶體結(jié)構(gòu)：⑷、理想的原子模型，（ｂ）、Ｂ０６八面體排列示意圖

圖１．２鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的Ｂ０６八面體可能的畸變：（ａ）、傾斜或（ｂ）、旋轉(zhuǎn)［２２］

圖１．３邋ＢｉＦｅＣｂ薄膜在不用應(yīng)力作用下的晶體結(jié)構(gòu)［２７］

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳林;李敬東;唐躍進(jìn);任麗;;超導(dǎo)量子干涉儀發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀[J];低溫物理學(xué)報(bào);2005年S1期

2 劉俊明,王克鋒;稀土摻雜錳氧化物龐磁電阻效應(yīng)[J];物理學(xué)進(jìn)展;2005年01期

本文編號：2745241