La0.8Sr0.2MnO3薄膜的微结构与电子性能调控

论文摘要

钙钛矿锰氧化物由于其灵活可调的结构和丰富的物理性能（例如:磁性、多铁性、巨磁阻效应以及电输运特性等）而受到广泛研究和关注。通过掺杂、氧空位和应变等调控手段,锰氧化物的晶体结构与磁、电等电子性能得到有效改善。尽管如此,相比于块材体系,对钙钛矿锰氧化物薄膜中的磁性绝缘特性的研究较少。铁磁绝缘体,因同时具有自旋极化和绝缘性,可作为多功能自旋电子学集成器件的核心,最近已经成为热门的研究对象。然而,高居里温度的铁磁绝缘锰钙钛矿薄膜在很大程度上仍未被发现。因此,本论文以La0.8Sr0.2MnO3薄膜为研究对象,借助氧空位、失配应变以及氢等离子体处理三种手段,对薄膜进行微结构和电子性能的调控。通过氢等离子体处理,在La0.8Sr0.2MnO3应变薄膜中获得了弱铁磁相,并伴随着一个拓扑金属-绝缘体转变,为探索高居里温度磁绝缘体提供了新的方向。本文的主要内容如下:通过脉冲激光沉积的方法制备La0.8Sr0.2MnO3薄膜,并优化其制备工艺,通过选择不同的氧压、不同的基片和薄膜厚度,获得了高质量的La0.8Sr0.2MnO3单晶薄膜。首先,基于不同氧压,系统研究了（001）STO基片上La0.8Sr0.2MnO3薄膜的结构和磁学特性,摸索出能够达到较高居里温度的生长氧压。通过结合不同基片诱导的失配应变,系统研究了较宽应变范围内（001）取向La0.8Sr0.2MnO3薄膜的磁学和电学性能。结果表明,适当小的应变（-1.35%至+0.26%）可以明显提高La0.8Sr0.2MnO3薄膜的居里温度,并使其饱和磁化强度高达576 emu/cm3。当薄膜受到大的拉应变时,实现了宽温度范围（10-400K）的绝缘相。这些研究结果为高温铁磁绝缘体的发展开辟了新的方向,有利于锰氧化物薄膜作为一种有前途的自旋电子学器件进行应用。其次,分别选择不同取向（（001）、（110）和（111））的基片,对薄膜微结构和物理性能进行调控。（111）LaAlO3基片上实现La0.8Sr0.2MnO3薄膜的金属-绝缘性转变,同时实现磁化强度（143 emu/cm3）和居里温度（297 K）的显著增强。最后,通过氢等离子体处理,发现La0.8Sr0.2MnO3薄膜中钙钛矿-钙铁石的结构相转变,并伴随着薄膜的金属-绝缘体转变,获得弱铁磁绝缘性薄膜。该调控手段为高温铁磁绝缘体的研究提供了一种可行的思路。总之,通过氧空位、晶格失配和等离子体处理等方式,在La0.8Sr0.2MnO3薄膜中实现了金属-绝缘体转变,同时获得具有较高居里温度的弱铁磁性薄膜。该研究为实现高温磁性绝缘体提供了新的研究思路和方式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 钙钛矿氧化物简介
•     1.2.1 钙钛矿氧化物的晶体结构
•     1.2.2 钙钛矿氧化物的物理性能
•   1.3 钙钛矿材料的结构与性能调控
•     1.3.1 应变调控
•     1.3.2 氧压调控
•     1.3.3 等离子体处理
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 的铁磁绝缘特性'>  1.4 锰氧化物La_0.8Sr_0.2MnO₃的铁磁绝缘特性
•   1.5 本论文的研究目的与创新性
• 第2章 薄膜的制备手段及表征技术
•   2.1 薄膜的制备
•     2.1.1 脉冲激光沉积技术简介
•     2.1.2 脉冲激光沉积系统的特点
•       2.1.2.1 影响镀膜的几个重要参数
•       2.1.2.2 脉冲激光沉积薄膜的优缺点
•   2.2 电极的制备
•   2.3 薄膜的结构表征
•     2.3.1 X射线衍射
•       2.3.1.1 θ-2θ联动扫描
•       2.3.1.2 X射线反射率（XRR）
•       2.3.1.3 倒易空间点阵图（RSM）
•     2.3.2 椭偏仪
•     2.3.3 二次离子质谱（SIMS）
•   2.4 薄膜的性能表征
•     2.4.1 综合物性测量系统
• 第3章 薄膜的生长工艺探索与结构分析
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜生长'>  3.1 不同基片上的La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜生长
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜生长工艺探索'>    3.1.1 La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜生长工艺探索
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的结构分析'>    3.1.2 （001）取向的不同基片上La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的结构分析
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的结构分析'>    3.1.3 （110）取向的不同基片上La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的结构分析
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的结构分析'>    3.1.4 （111）取向的不同基片上La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的结构分析
•   3.2 H-Plasma处理后的样品结构分析
•     3.2.1 经H-Plasma处理后样品的结构分析
•     3.2.2 经H-Plamsa处理后样品的二次离子质谱（SIMS）分析
•   3.3 小结
• 第4章 薄膜的电子特性研究
•   4.1 薄膜的磁学性能研究
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的磁学性能分析'>    4.1.1 不同基片上La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的磁学性能分析
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的磁学性能分析'>      4.1.1.1 （001）取向的不同基片上La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的磁学性能分析
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的磁学性能分析'>      4.1.1.2 （110）取向的不同基片上La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的磁学性能分析
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的磁学性能分析'>      4.1.1.3 （111）取向的不同基片上La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的磁学性能分析
• 0.8Sr_0.2MnO₃ 薄膜的磁学性能分析'>    4.1.2 H-Plasma处理前后的La_0.8Sr_0.2MnO₃薄膜的磁学性能分析
•   4.2 薄膜的电输运性能研究
•     4.2.1 不同基片上薄膜的电输运性能研究
•       4.2.1.1 （001）取向的不同基片上薄膜的电输运性能研究
•       4.2.1.2 （110）取向的不同基片上薄膜的电输运性能研究
•       4.2.1.3 （111）取向的不同基片上薄膜的电输运性能研究
•     4.2.2 H-Plasma处理后薄膜的电输运性能研究
•   4.3 小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 严祥银

导师: 曾燮榕

关键词: 锰氧化物薄膜,失配应变,等离子体处理,金属绝缘体转变,居里温度,相转变

来源: 深圳大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,材料科学,工业通用技术及设备

单位: 深圳大学

分类号: TB383.2;O484.1

总页数: 68

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