BiFeO 3 /La 2/3 Sr 1/3 MnO 3 異質(zhì)結(jié)的界面輸運(yùn)與磁介電特性研究
發(fā)布時(shí)間：2021-07-26 00:20
采用激光分子束外延法制備了多鐵/順磁結(jié)構(gòu)的BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3（BFO/LSMO）異質(zhì)結(jié),通過外場調(diào)控的方法研究了該異質(zhì)結(jié)界面的電子輸運(yùn)以及磁電耦合特征。結(jié)果表明,異質(zhì)結(jié)的輸運(yùn)機(jī)制來源于空間電荷限制電流機(jī)制;復(fù)合薄膜在室溫下表現(xiàn)出的鐵磁性,且磁矩來源于BFO層,異質(zhì)結(jié)界面處誘導(dǎo)出的網(wǎng)狀磁矩會使樣品產(chǎn)生比較明顯的磁電耦合。在零場冷卻（ZFC）和場冷卻（FC）下,樣品的磁介電系數(shù)分別在160和170 K達(dá)到極大值,介電損耗-溫度曲線在150170附近產(chǎn)生分裂,該溫度區(qū)間與BFO層的鐵彈-極化相變相關(guān)。
【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2017,46(05)北大核心EISCICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的XRD圖譜
第5期牛利偉等：BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3異質(zhì)結(jié)的界面輸運(yùn)與磁介電特性研究·1317·圖2BFO/LSMO的AFM圖像Fig.2AFMpatternsofBFO/LSMOheterostructure:(a)surfacemorphologyofLSMOfilmand(b)surfacemorphologyofBFOfilm現(xiàn)象，表明BFO使得外延薄膜樣品由層層生長模式向島狀生長轉(zhuǎn)變。由于表面粗糙度較低，晶粒形狀呈現(xiàn)出明顯的四對稱結(jié)構(gòu)，且晶粒分布大致均勻，并沒有發(fā)現(xiàn)較大起伏的分子團(tuán)簇，因而可以認(rèn)為BFO以單相立方結(jié)構(gòu)生長，具備較為良好的生長形貌。2.2BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的界面輸運(yùn)特性漏電流機(jī)制是衡量鐵電材料性能好壞的標(biāo)志之一，鐵電材料應(yīng)該首先是一種絕緣的介電材料，因此輸運(yùn)特性與機(jī)制的研究是鐵電材料與器件的重要課題。圖3為不同溫度下異質(zhì)結(jié)的電流-電壓特性，從圖3a中可以看出，I-V曲線基本對稱且并沒有觀察到明顯的整流特征。絕緣薄膜的輸運(yùn)機(jī)制主要有3種：肖特基機(jī)理(Schottky)[21]、普爾-富蘭克機(jī)理(Poole-Frenkel)和空間電荷限制電流機(jī)理(space-charge-limitedcurrent，SCLC)[22,23]。其中，肖特基機(jī)理是由于材料與電極界面勢壘形成而導(dǎo)致的界面現(xiàn)象，而另外兩種都起因于材料的體內(nèi)[24,25]。S.Habouti[26]，R.Ranjith[27]認(rèn)為，BFO最可能的漏電流機(jī)制是Poole-Frenkel(PF)機(jī)制。而另一方面，在空間電荷限制電流機(jī)理中，電流-電壓曲線可以分為3個(gè)階段，當(dāng)電場強(qiáng)度E較小時(shí)，它們受歐姆定律的限制，I∝J∝E，此時(shí)的導(dǎo)電主要由熱電子所引起；當(dāng)電場強(qiáng)度E為中等強(qiáng)度時(shí)它們受勢阱填充的限制，I∝J∝Eα(α為正數(shù))，此時(shí)的電流-電壓曲線上會有一個(gè)電流的陡峭上升；而當(dāng)電場強(qiáng)度E更高時(shí)它們受Child定律的限制，I∝J∝E2[28,29]。樣品的lnI-lnV曲線示于圖3b中。對不同溫度?
?單一取向特征，并且沒有出現(xiàn)雜相。通過AFM對BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的各層薄膜進(jìn)行形貌表征，圖2為其AFM圖像。其中，LSMO的平均表面粗糙度低于0.5nm，表明該薄膜具備較為理想的層層生長（layerbylayer）結(jié)構(gòu)，其表面的晶粒尺寸較小，平均為15nm，且多數(shù)相鄰晶粒之間表現(xiàn)為連通趨勢，反映了生長過程中的多島融合（coalesce）與團(tuán)簇聚集（aggregation），表明LSMO的層層生長具體表現(xiàn)為亞單層生長模式，經(jīng)歷著從亞單層島向單層膜的形貌轉(zhuǎn)變；BFO的平均表面粗糙度約為2.5nm，晶粒尺寸為40nm，且晶粒分離度較大，無明顯的連通圖1BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的XRD圖譜Fig.1XRDpatternofBFO/LSMOheterostructure20304050602θ/(°)Intesnti/ya.u.FO(B0)1SMOL0(10)AL(O0)1FO(B0)2SMOL0(20)AL(O0)2
本文編號：3303062
【文章來源】：稀有金屬材料與工程. 2017,46(05)北大核心EISCICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的XRD圖譜
第5期牛利偉等：BiFeO3/La2/3Sr1/3MnO3異質(zhì)結(jié)的界面輸運(yùn)與磁介電特性研究·1317·圖2BFO/LSMO的AFM圖像Fig.2AFMpatternsofBFO/LSMOheterostructure:(a)surfacemorphologyofLSMOfilmand(b)surfacemorphologyofBFOfilm現(xiàn)象，表明BFO使得外延薄膜樣品由層層生長模式向島狀生長轉(zhuǎn)變。由于表面粗糙度較低，晶粒形狀呈現(xiàn)出明顯的四對稱結(jié)構(gòu)，且晶粒分布大致均勻，并沒有發(fā)現(xiàn)較大起伏的分子團(tuán)簇，因而可以認(rèn)為BFO以單相立方結(jié)構(gòu)生長，具備較為良好的生長形貌。2.2BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的界面輸運(yùn)特性漏電流機(jī)制是衡量鐵電材料性能好壞的標(biāo)志之一，鐵電材料應(yīng)該首先是一種絕緣的介電材料，因此輸運(yùn)特性與機(jī)制的研究是鐵電材料與器件的重要課題。圖3為不同溫度下異質(zhì)結(jié)的電流-電壓特性，從圖3a中可以看出，I-V曲線基本對稱且并沒有觀察到明顯的整流特征。絕緣薄膜的輸運(yùn)機(jī)制主要有3種：肖特基機(jī)理(Schottky)[21]、普爾-富蘭克機(jī)理(Poole-Frenkel)和空間電荷限制電流機(jī)理(space-charge-limitedcurrent，SCLC)[22,23]。其中，肖特基機(jī)理是由于材料與電極界面勢壘形成而導(dǎo)致的界面現(xiàn)象，而另外兩種都起因于材料的體內(nèi)[24,25]。S.Habouti[26]，R.Ranjith[27]認(rèn)為，BFO最可能的漏電流機(jī)制是Poole-Frenkel(PF)機(jī)制。而另一方面，在空間電荷限制電流機(jī)理中，電流-電壓曲線可以分為3個(gè)階段，當(dāng)電場強(qiáng)度E較小時(shí)，它們受歐姆定律的限制，I∝J∝E，此時(shí)的導(dǎo)電主要由熱電子所引起；當(dāng)電場強(qiáng)度E為中等強(qiáng)度時(shí)它們受勢阱填充的限制，I∝J∝Eα(α為正數(shù))，此時(shí)的電流-電壓曲線上會有一個(gè)電流的陡峭上升；而當(dāng)電場強(qiáng)度E更高時(shí)它們受Child定律的限制，I∝J∝E2[28,29]。樣品的lnI-lnV曲線示于圖3b中。對不同溫度?
?單一取向特征，并且沒有出現(xiàn)雜相。通過AFM對BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的各層薄膜進(jìn)行形貌表征，圖2為其AFM圖像。其中，LSMO的平均表面粗糙度低于0.5nm，表明該薄膜具備較為理想的層層生長（layerbylayer）結(jié)構(gòu)，其表面的晶粒尺寸較小，平均為15nm，且多數(shù)相鄰晶粒之間表現(xiàn)為連通趨勢，反映了生長過程中的多島融合（coalesce）與團(tuán)簇聚集（aggregation），表明LSMO的層層生長具體表現(xiàn)為亞單層生長模式，經(jīng)歷著從亞單層島向單層膜的形貌轉(zhuǎn)變；BFO的平均表面粗糙度約為2.5nm，晶粒尺寸為40nm，且晶粒分離度較大，無明顯的連通圖1BFO/LSMO異質(zhì)結(jié)的XRD圖譜Fig.1XRDpatternofBFO/LSMOheterostructure20304050602θ/(°)Intesnti/ya.u.FO(B0)1SMOL0(10)AL(O0)1FO(B0)2SMOL0(20)AL(O0)2
本文編號：3303062
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