【摘要】：具有鈣鈦礦結構的錳氧化物,如:鑭鍶錳氧、鑭鈣錳氧(La_(1-x)A_xMnO_3,A=Sr,Ca)等是集合了電荷、自旋、晶格、軌道等多種自由度的強關聯(lián)體系,具有金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變和龐磁阻效應等豐富的物理特性,是凝聚態(tài)物理基礎研究和器件應用方面的熱點材料體系。強關聯(lián)體系對來自內(nèi)部或者外部的擾動,例如:電場、磁場、光場、溫度場和應力場的細微變化非常敏感,其物理特性也會隨外場的波動而出現(xiàn)顯著的變化。在本論文中,我們設計并制備了不同應力束縛的鑭鍶錳氧單層和鑭鍶錳氧/鑭鈣錳氧多層膜體系,開展了應力狀態(tài)、大小和界面對材料磁性和電輸運,特別是龐磁阻特性影響的研究;此外,結合超快光譜技術,進一步從動力學的角度闡述了錳氧化物龐磁阻效應的物理機制和光誘導情況下出現(xiàn)的非熱力學穩(wěn)定結構。主要研究內(nèi)容和結果如下:1.通過系統(tǒng)的實驗方法獲得了以Ti-O為截止面、具有原子級平整度的STO(001)襯底表面的化學腐蝕和熱處理工藝技術。隨后,結合X-射線衍射圖譜、原子力顯微形貌掃描和高分辨透射電子顯微分析等實驗手段,通過反復優(yōu)化旋涂工藝和退火處理條件,獲得了可控制備超薄(~5 nm)、高度擇優(yōu)取向的LSMO單晶薄膜的技術方法,所制備的LSMO薄膜與STO襯底之間的界面清晰平整,保持了良好的外延關系。在此基礎上,在STO(001)襯底上制備了LSMO單層和LSMO/LCMO多層膜結構,樣品呈現(xiàn)出高度的擇優(yōu)取向生長,薄膜界面清晰平整,不存在明顯的互擴散現(xiàn)象。2.研究了應力狀態(tài)、大小和界面對材料磁性和電輸運,特別是龐磁阻特性的影響。在面外壓應力作用下,單層LSMO薄膜結構中錳氧八面體晶格的靜態(tài)形變和動態(tài)的Jahn-Teller畸變會互相制約、共同影響薄膜的鐵磁-順磁相的轉(zhuǎn)變行為。隨著LSMO薄膜厚度增加,在薄膜面外受到的壓應力逐漸弛豫的同時,Jahn-Teller畸變也迅速減弱,最終使得薄膜的鐵磁-順磁相變溫度(T_C)呈增大趨勢。我們發(fā)現(xiàn),多層膜中LSMO和LCMO薄膜的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變溫度(T_(MI))出現(xiàn)了一定的偏移,這主要是由于多層膜結構中LSMO和LCMO層各自所受的應力狀態(tài)和大小不同引起的。同時,單層和多層鑭錳氧化物薄膜的MR都表現(xiàn)出隨磁場強度的增加而增加的現(xiàn)象,并分別在LSMO與LCMO的T_(MI)附近出現(xiàn)極值。這主要是因為T_C附近的聲子散射強烈,局域化載流子形成了磁極化子,外加磁場很容易影響體系的自旋波動,使得在該T_C溫度附近的磁電阻(MR)的變化最為顯著。3.采用超快光反射率技術對三種典型的鈣鈦礦錳氧化物薄膜LCMO,LCSMO和LSMO薄膜中的極化子動力學過程研究發(fā)現(xiàn),ΔR/R的弛豫過程明顯分為三個階段。極化子在光激發(fā)后的數(shù)百飛秒時間內(nèi)被釋放,孤立的極化子又在1ps的時間內(nèi)通過電子-聲子相互作用再生,該過程的發(fā)生在三種錳氧化物中都是相似的。在數(shù)十到數(shù)百皮秒的時域范圍,再生的極化子通過極化子-極化子相互作用而形成了關聯(lián)極化子簇,該過程的弛豫時間隨鈣鈦礦結構體系中A位摻雜元素的不同有明顯差異。在居里溫度附近(0.6 T_C~1.4T_C),LCMO中由極化子相互作用形成的極化子簇的弛豫時間常數(shù)為10~100 ps,比LCSMO(50~350 ps)和LSMO(300-850 ps)的數(shù)值約小一個數(shù)量級。這是主要是由于摻雜在A位的Ca~(2+)離子半徑(0.99?)比Sr~(2+)離子半徑(1.13?)要小,LCMO中極化子間距比LCSMO和LSMO中略小,極化子-極化子間的相互作用強度增強,導致極化子弛豫時間變短,即極化子團簇的形成時間較短。4.采用超快X射線衍射技術,探測到了LCSMO薄膜中光誘導的室溫“隱態(tài)”電子結構。該“隱態(tài)”伴隨一種異于熱力學晶格膨脹的獨特晶格變化和26 GHz至40GHz的聲子軟化現(xiàn)象,在激發(fā)光能量大于~2 mJ/cm~2的閾值后產(chǎn)生,在小于170ps的時域內(nèi)存在。通過對可能發(fā)生的電子躍遷途徑分析,發(fā)現(xiàn)“隱態(tài)”結構主要來源于(?)→(?)離子間電荷轉(zhuǎn)移。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O441;O614.711
【圖文】：

nO3（x ≤ 0.4） 單晶的電阻率-溫度曲線，箭頭所指為鐵磁相所指的電阻異常是由結構相變引起的[13]高的居里溫度和低的電阻率，La1-xSrxMnO3得到了研 La1-xSrxMnO3單晶的電阻隨著溫度的變化曲線。當 0變點附近開始下降，之后，隨著溫度的降低，其電阻緣體。當 x ≥ 0.175 時，低溫鐵磁相出現(xiàn)金屬導電性順磁相也出現(xiàn)了金屬導電性。由此得知，La1-xSrxMn 1.4 所示）[12]。在低摻雜濃度（x < 0.2）時，低溫下反鐵磁絕緣體O 相與電荷 軌道有序產(chǎn)生的鐵磁絕屬相。對于 x > 0.2 這個范圍的鐵磁體系，系統(tǒng)的晶體良好的 CMR 效應；在 0.3 < x < 0.5 時，系統(tǒng)的晶體

第一章 緒論性，面間反鐵磁性。當 x 約為 0.6 時，則是反鐵磁二反鐵磁和絕緣態(tài)存在于接近立方結構的體系中，進一結構更加不穩(wěn)定。Sr2+離子半徑相對較大，在 0.124 也就是說 eg電子的跳躍動能較大，雙交換作用相當

【參考文獻】

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1 劉俊明,王克鋒;稀土摻雜錳氧化物龐磁電阻效應[J];物理學進展;2005年01期

本文編號：2727244