分子束外延生长βmno2单晶薄膜结构表征和拉曼光谱的研究 (1)

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1、分子束外延生长B—Mn02单晶薄膜的结构表征相拉曼光谱研究论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作孝签名獭日期加9年‘月向日分子束外延生长B—Mn02单晶薄膜的结构表征和拉曼光谱研究学位论文使用授权声明本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学

2、校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。学位论文作萝签名撇日期：抑g年‘月／驴日‘导师签名：秀柳印日期：湖瞬阳幻日f分子束外延生长p—Mn02单晶薄膜的结构表征和拉曼光谱研究知识产权保护声明本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下完成的成果，该成果属于中山大学物理科学与工程技术学院，受国家知识产权法保

3、护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利，均须由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何其它单位做全部和局部署名公布学位论文成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：拥分．‘，分子柬外廷生长B—Mn02单晶薄膜的结构表征和拉曼光谱研究分子束外延生长B-№O。单晶薄膜的结构表征和拉曼光谱研究学位申请人：于晓龙导师：李树玮教授专业：凝聚态物理摘要自从在过渡金属氧化中发现大量新的物理现象和自旋电子学被高度重视以来，B—Mn02薄膜材料的生长、结构表征和

4、拉曼光谱研究在磁性材料和类钙钛矿结构材料中成为内涵丰富并且具备无限前景的研究方向之一。我们外延生长的B—Mn02薄膜中采用原位RHEED(反射高能电子衍射)实时监控的MBE(分子束外延)生长，配有氧plasma(等离子体)发射源和生长必需的高纯度Mn单质金属源，预生长前真空腔气压稳定在高真空10qombar，衬底选择单晶MgO(100)以保证良好的晶格匹配和研究必需的晶格择优取向，同时因为M90衬底没有一阶拉曼激活的振动模式的特点，很好的避免拉曼测试中不必要的干扰。生长过程中RHEED图样为明暗交替变化的清晰条纹

5、，证明外延薄膜为层状生长的高质量的单晶相薄膜。xRD(X射线衍射)谱图中只有清晰的衬底峰和Mn0：的B相(200)峰，证明了样品的单晶相。XPS(X射线光电子能谱)谱图给出令人满意的Mn4+、02。离子价态和元素配比，只存在极少量的表面吸附气体和杂质。p_Mn02属于非symmorphic空间群硝：一尸4，／聊玎优，具有四方相反铁磁结构，在奈尔温度以下相变为磁螺旋结构。晶体结构方面，中心位置附近的Mn原子和周围6个O原子由盆分子束外延生长B—Mn02单晶薄膜的结构表征和拉曼光谱研究强关联作用形成Mn06八面体，八

6、面体中轴线沿(110)方向穿过c／2高度处。Mn06八面体的Mn、0原子以共价键结合，Mn的3d轨道和O的2p轨道杂化导致在Mn06八面体中形成游离的e。和局域的t：。态，这就引起了过渡金属氧化物各种新的电学现象的产生。另一方面，Mn的3d自旋电子具有磁性，顶点和中心Mn原子间交换作用的差别导致了低温磁螺旋结构的形成。我们采用不同偏振方向的线偏振入射光的共焦拉曼光谱仪(RenishawinVia)在室温和奈尔温度附近进行测试，发现了B—Mn0：的&模式峰值的红移和A。。模式峰强的变化。不同于常规的拉曼分析，我们提

7、出“振动模式投影”的方法来解释线偏振光的磁分支和磁螺旋结构的振动模式之间的相互作用，认为具有特殊磁性结构的样品对线偏振入射光拉曼光谱有重要的影响。本文创新点如下：_采用装配射频P1as尬的分子束外延(皿E)设备在MgO(001)衬底上成功生长了B_Mn0：薄膜。分子束外延生长是目前生长各种半导体薄膜的重要方法之一。生长过程中可以通过精确控制各个蒸发源的蒸发温度、蒸发时间等参数，并结合各种原位监控手段，实现对外延薄膜的厚度、成分的控制，实现亚原子层精度的生长。我们采用德国0IIlicron公司制造的MBE设备在M9

8、0衬底上生长B—Mn0：薄膜，通过原位实时的反射高能电子衍射(RHEED)条纹状图样可知生长模式为层状生长，内部缺陷较少。X射线衍射(xRD)的结果表明我们的样品为金红石结构，晶向(001)来自衬底的择优取向。X射线光电子能谱(XPS)测试显示了令人满意的元素配比和各元素价态，同时为费米面附近电子能谱的理论计算提供了实验支持。_改进了密度泛函近似(LDA)+静态平均场(蹦