过渡金属氧化物薄膜电磁性质的应变调控.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论过渡金属氧化物薄膜电磁性质的应变调控作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：蒋涛凝聚态物理李晓光教授二。一四年五月文UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeIIIllllllllllllllIY2589831StrainmediatedmagneticandelectricpropertiesoftransitionmetaloxidefilmsAuthor’SName：speciality：一●Supervisor：1⋯‘o‘rmishedtime：

2、TaoJiang—CondensedMatterPhysicsProf．XiaoguangLiMay,2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：箍兰盎签字日期：沙哗，f、I2，中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复

3、印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(——年)作者签名：盗盗导师签名：签字日期：丝!兰：竺：!兰签字日期：加IV-、r．IZ，摘要近年来，钙钛矿型锰氧化物异质结构的研究引起人们的广泛关注。这是因为：一方面，作为强关联体系中的典型材料，锰氧化物有着丰富的相图和有趣的物理现象，例如庞磁电阻效应，电荷／轨道有序以及不同的磁结构。另一方面，由于锰氧化物中存在电子、自旋、

4、轨道和晶格等多个自由度间的强烈耦合，其物理性质极易受到如外延应力等外加作用的调控。因此，研究基于锰氧化物材料的异质外延体系中的应变．结构．性能关系对理解钙钛矿异质外延体系中界面效应和相关的多功能电子器件的实现都有着重要意义。基于这个考虑，本文主要研究了衬底的静态外延应变和压电衬底逆压电效应导致的原位动态应变对锰氧化物异质结构中电磁性质的调控。全文的安排如下：第一章介绍了类钙钛矿型锰氧化物特别是锰氧化物薄膜的研究概况，从锰氧化物研究的历史脉络开始，逐步介绍其晶体结构、基本物理机制、相分离。然后重点介绍锰氧化物外延薄膜应变调控相关的研究进展，最后再讨论锰氧化物外延薄膜中的三种各

5、向异性效应。第二章主要讨论薄膜样品的制备方法，表征手段以及各种物性测量方法。在薄膜制备方面将介绍磁控溅射、脉冲激光沉积以及化学气相沉积三种不同的薄膜制备方法。样品结构表征上主要讨论X射线衍射包括倒易点阵的相关技术及原子力显微镜的两种测量手段。物性测量主要包括电输运测量、磁性测量以及各种仪表之间通过Labview软件编程控制的灵活联用。第三章系统研究了典型相分离的锰氧化物‰．325Pro．3Cao．375Mn03薄膜在各向异性应力作用下的磁各向异性、各向异性电阻以及各向异性磁阻等不同的电磁各向异性效应。研究发现在金属绝缘体转变温度附近，在30nm的LPCMO薄膜中各向异性诱导

6、的各向异性电阻可高达105％。随着薄膜厚度增加至120nm，各向异性应力发生明显的弛豫，薄膜中的各向异性效应相应地发生明显的减弱，降低了将近两个数量级。为了更好理解如此巨大的各向异性电阻和磁阻和应变调控的相分离花样的关系，我们应用磁力显微镜对薄膜样品的磁畴进行了直接的观测。发现薄膜中的铁磁畴沿着张应变更大的方向取向生长，形成铁磁金属态．反铁磁摘要绝缘态交替排列的条纹状相分离结构。从应用的角度来看，如此大幅度可调的各向异性电阻以及各向异性磁阻可能在将来的多功能器件设计上具有潜在的应用。第四章系统研究了锰氧化物薄膜／压电衬底异质结中动态应变对锰氧化物薄膜输运性质的调控。研究发现

7、在Lao．7Cao．3Mn03／SrTi03／PMN．PT异质结中缓冲层的插入能够将应变的传递效率提高将近3倍，同时巧妙运用应变效应的易失性和铁电场效应的非易失性通过两种测量模式将这两种效应定量地进行了区分。此外在LPCMO／PMN．PT异质结中也发现了应变对相分离的调控，主要表现为极化电场对薄膜电阻．温度曲线的热滞效应的极大增强，但是对各向异性电阻的调控并不明显。这些发现对于今后的器件设计具有一定的参考意义。第五章系统研究了Cr02单晶外延薄膜的磁热效应，研究发现Cr02薄膜中存在着巨大的磁热效应。我们通过测量等