La1-xCaxMnO3外延膜中的對稱性失配與相分離現(xiàn)象.pdf

1、強關聯(lián)體系中各種自由度（如電荷，電子自旋，晶格聲予以及軌道序等等）之間的耦合作用一直是凝聚態(tài)物理研究的熱點之一。它不僅能讓我們更好地了解物質(zhì)間內(nèi)在的相互作用，而且對于設計新型功能材料也有著很重大的意義。近年來，隨著外延單晶薄膜制備工藝的成熟，許多基于聲子一電子耦合作用的有趣現(xiàn)象也隨之被人們發(fā)現(xiàn)。比如鐵電、鐵磁、超導等有序化相變點在外延薄膜中能夠被顯著的提高；對同一化學組分的材料，其薄膜的低溫基態(tài)可以人為的選?。欢噼F性耦合能夠通過外延多層

2、膜的彈性傳遞而得以加強等等。而同時，由于鈣鈦礦結構的外延性出眾，其全氧化物薄膜器件很大程度上能夠解決晶系匹配以及界面的問題，能夠得到性能優(yōu)異的器件，所以基于鈣鈦礦結構的材料的研究有著重大的意義。本論文著眼于鈣鈦礦結構的龐磁阻(CMR)材料錳氧化物(La,Ca)Mn03，利用其強的聲子一電子耦合作用，一方面通過襯底的應力狀態(tài)來控制其外延薄膜的低溫電磁性質(zhì)，另一方面借此研究在強關聯(lián)體系中彈性應力與相不均勻性的關系。并且，在論文的最后對基于(

3、La，Ca)Mn03材料的多層外延薄膜器件的研究作出展望。
　　 本論文總共分七章。
　　 第一章作為論文的開篇緒論，我們主要介紹了功能氧化物薄膜應力調(diào)控以及錳氧化物的研究現(xiàn)狀。首先我們簡單綜述了近期在應力調(diào)制下功能氧化物外延薄膜所表現(xiàn)出來的新奇特性，證實了這種通過應力控制薄膜性能的現(xiàn)象是普遍存在的；接著回顧了錳氧化物的相關研究，在前期研究的積累上我們提出了利用應力狀態(tài)，包括應力場的大小以及對稱性，能夠對具有強關聯(lián)體系特

4、點的錳氧化物薄膜進行細致的性能調(diào)控，并介紹了本文的立意與創(chuàng)新點。
　　 第二章這一章節(jié)中，我們詳細地介紹了實驗中所使用的制備手段以及測量技術。其中包括脈沖激光沉積技術(PLD)，X射線衍射技術(XRD)，倒易空間測量技術(RSM)，原子力顯微(AFM)以及低溫測量系統(tǒng)（SQUID和PPMS）等等。
　　 第三章對于塊材基態(tài)是鐵磁金屬相的Lal-xCaxMn03(0.3

5、xMn03/NGO(001)表現(xiàn)出鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相共存的相分離現(xiàn)象，并且其中的反鐵磁絕緣相能夠被退火溫度、薄膜厚度以及Ca的摻雜量所控制，表現(xiàn)出具有應用前景的低場磁阻。
　　 第四章選取Lao.67Cao.33Mn03(LCMO)組分的薄膜，我們通過對比實驗發(fā)現(xiàn)在具有各向同性應力場的襯底LSAT(001)以及NGO(110)上，LCMO薄膜保持了其塊材的鐵磁金屬基態(tài)；而在具有各向異性應力場的NGO(001)和NG0（10

6、0)上，經(jīng)過后退火處理的薄膜表現(xiàn)出相分離現(xiàn)象。同時，通過RSM的結構研究，我們發(fā)現(xiàn)對于鐵磁基態(tài)的LCMO/LSAT(001)和LCMO/NGO(ll0)薄膜，其晶體結構保持了塊材的高對稱性；而對于反鐵磁絕緣相的LCMO/NGO(001)和LCMO/NGO(100)薄膜，其晶體結構畸變?yōu)镹GO襯底的低對稱性結構，證明了在外延薄膜中各向異性應力對于反鐵磁絕緣相的形成起到至關重要的作用。
　　 第五章針對LCMO/NGO(001)的一

7、系列樣品，我們系統(tǒng)地研究了這類由應力場對稱性誘導的相分離現(xiàn)象的動力學特征。首先，在薄膜中鐵磁金屬相與反鐵磁絕緣相相互競爭，在動態(tài)相分離相區(qū)不僅引起了overshot的熱滯現(xiàn)象以及多重金屬絕緣相變，而且在電阻一時間的測量中表現(xiàn)出很強的弛豫行為。其次，對于同一樣品同一溫度下不同相比例的相分離或相共存狀態(tài)，其反鐵磁絕緣相的熔化場是保持一定的。我們認為在由應力誘導的相分離體系中，熔化場被體系的應力狀態(tài)所決定，表現(xiàn)出與其他相分離體系的不同之處。<

8、br>　　 第六章通過不同磁熱過程下磁電輸運性質(zhì)的測量，我們可以得到一系列LCMO/NGO(001)外延薄膜的相圖。一般來說，樣品從室溫降至低溫，可以經(jīng)歷順磁絕緣相，鐵磁金屬相，反鐵磁絕緣相主導的動態(tài)相分離區(qū)域，鐵磁金屬相主導的動態(tài)相分離區(qū)域以及凍結相分離區(qū)域。其中，動態(tài)相分離的兩個相區(qū)是與其他非應力誘導的相分離體系不同之處，而應力狀態(tài)對于凍結相分離相似乎影響不大。
　　 第七章我們從物理理解和器件應用兩個方面，對基于LCMO