MNx(M=Ti、Cr、Gd)薄膜的微觀結構、磁性和電輸運特性.pdf

1、由于在自旋電子學器件上具有潛在的應用價值,3d過渡族金屬氮化物和稀土氮化物已經成為材料科學的研究熱點。它們的陽離子具有未充滿的3d和4f殼層,存在凈磁矩。3d過渡族金屬氮化物中,TiN具有超導電性,CrN具有反鐵磁性,Ti1-xCrxN固溶體卻具有鐵磁性。在奈爾溫度附近,CrN的金屬-絕緣體轉變的物理機制仍然不清楚。稀土氮化物中,GdN具有高的磁矩(7μB/Gd3+),理論上具有半金屬特性,在自旋過濾中具有潛在的應用價值,但未在實驗上證

2、實。
　　我們用對向靶反應濺射法,制備了外延和多晶Ti1-xCrxN薄膜、CrNx和GdNx薄膜。對上述樣品的相成分、微觀結構、化學價態(tài)、磁性及電輸運特性進行了詳細的研究。
　　Ti1-xCrxN薄膜為金屬導電特性。在0.17≤x≤0.51時,薄膜為鐵磁性,鐵磁性起源于Cr2+-N3--Cr3+雙交換作用,與載流子調制機制無關;Ti0.53Cr0.47N薄膜的鐵磁性最強,居里溫度高達120K。在0.35≤x≤0.47時,薄膜

3、在居里溫度附近發(fā)生金屬-絕緣體轉變;在0.10≤x≤0.47時,薄膜的低溫電阻率上翹現象可歸結為弱局域效應和電子-電子相作用。在0.10≤x≤0.51時,負的磁電阻效應與錳氧化物中的龐磁電阻效應的機制相似,來自于磁場對金屬-絕緣體轉變的抑制;而多晶Ti0.22Cr0.78N薄膜的磁電阻效應與晶界處的局域磁矩散射有關。外延薄膜的反?；魻栃獊碓从谶吿S機制,多晶薄膜的反?；魻栃c散射無關。
　　隨著氮氣流量(fN2)的增大,CrN

4、x薄膜由Cr2N和CrN混合相向CrN單相轉變,導電特性從金屬導電轉變?yōu)榘雽w導電。在fN2=100sccm時,CrNx薄膜的低溫導電機制為Mott和ES可變程跳躍。在fN2=30和50sccm時,在260-280K區(qū)間內,多晶CrNx薄膜出現了金屬-絕緣體轉變,說明氮空位密度、基底應力及晶界對轉變有影響。
　　GdNx薄膜具有鐵磁性,居里溫度在35-45K之間。薄膜具有半導體導電特性,電阻率在40K附近發(fā)生金屬--絕緣體轉變。磁