（La1xPrx）23Sr13MnO3系列薄膜的输运特性及相变研究.pdf

西北工业大学
硕士学位论文
(La<,1-x>Pr<,x>)<,2/3>Sr<,1/3>MnO<,3>系列薄膜的输运特
性及相变研究
姓名:赵省贵
申请学位级别:硕士
专业:凝聚态物理
指导教师:陈长乐
20040301
西北工业大学硕士学位论文
摘要
本论文采用固相反应法制备了稀土位双掺杂
系列钙钦矿锰氧化物靶材,并用直流磁控溅射方法在衬底
上生长了薄膜。分析表明所制备的靶材为畸变的钙钦矿质立方结构,薄膜
为单晶外延结构。
实验研究了上述系列材料的电阻温度特性并对其曲线进行了拟合分析,表明
低温时材料呈现金属电导性,电阻主要来自电子自旋相关散射。在高温部分,材
料呈现小极化子跳跃形式输运特征实验研究了不同偏置电流对薄膜的相变影
响,表明电场可以引起材料中磁性的变化和晶格畸变,导致相变温度点向低温方
向移动材料的光致相变研究表明光子能量、光强和极化方向对输运性质有影响。
光子通过激发向下电子的跃迁,从而改变材料自旋极化方向,影响体系的输
运行为首次研究了薄膜的激光反射率和偏置电流的关系,并用固体光学
理论对其定性分析,表明反射率的变化是由于电场引起材料的晶格畸变,改变了
极化率,从而导致材料的折射率和反射率发生改变。
关键词锰氧化合物,特大磁电阻,双交换作用,小极化子,相变,晶格畸变,
反射率
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第一章引言
众所周知,电子既是电荷的载体,又是自旋的载体,电子传输特性己被广泛
应用于构造各类电子器件和集成电路,而电子自旋则被应用于各类磁盘、磁带和
磁光等大容量的信息储存。电子的这两个属性共同构造了通信、信息处理、电子
计算等信息技术的基础,产生了巨大的经济效益,并正在引起重大的社会变革。
能否利用电子的双重特性来进一步发展信息技术,开创新局面是人们所关心的共
同问题。
因此,年等人在超晶格薄材料中发现了高达的磁
电阻效应,电阻率随磁场增加而下降的这一负磁电阻效应被称为巨磁电阻效应
即效应在此之前,人们一直利用坡莫合金薄膜的各项异性磁电阻效应来
制作磁盘系统的读出磁头,其电阻效应在室温仅为左右。在年代中期,
〕在铁磁金属非磁金属性三明治结构中实现了自旋极化电子地的注入输
运,为发展新型高性能电子器件及电路方面有很大的应有价值。由于自旋极化载
流子的输运特征,这种材料的首要特征是具有磁电阻效应。因而,研究有较大磁
电阻效应的材料成为当前磁学和材料科学的热点之一。
年等人在的温度下,发现薄膜磁场
中磁电阻值△。为的特大磁电阻效应。之后短短两年多的
时间,人们在类钙钦矿结构系氧化物其中三价稀土离子
以及二价碱土离子和以及中发
现,无论是外延生长的薄膜还是大块的单晶和多晶材料大都具有特大磁电阻效
应。纵观这类钙钦矿结构锰氧化物,不难发现它们具有一个最根本的共同特征,
这就是在一定的温度范围磁场使其从顺磁性或反铁磁性变为铁磁性的同时其导
电特性从半导体或绝缘体型的向金属体转变。由于需加相当大的外磁场和较低温
度的范围内才能够实现电阻率的巨大变化,因此,材料与应用还有一些距
离。
理论上附加了电子一声子相互作用后的双交换作用,成功地解释了效
应的低温部分的实验结果。等人则在卜中发现其有效的导带
带宽具有巨大的氧同位素效应,直接从实验上证明了载流子与晶格
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畸变祸合形成极化子。双交换作用使电子变成巡游性,而极化子的形成降低
了电子的能量,从而使巡游的电子趋于局域化。实验上,在锰氧化物中还
发现存在实空间的电荷有序态,磁场可引起磁致伸缩导致结构相变等,说明
除双交换作用以外,电子一声子、电子一自旋间的祸合以及晶格畸变是引起这类
氧化物有趣特性的主要因素。
目前,人们对材料的研究工作大多数是通过对锰氧化物稀土位、碱土位
和锰位掺杂其他粒子或改变粒子的浓度比来发现效应的一些磁输运、电输运
的性质以及附加外场来研究其相变或其它物理现象,试图来研究材料的微
观机理和其在磁存储、光电开关及传感器等方面的应用开发。而电场对材
料的影响,大部分的研究工作主要集中在电荷有序态的材料中,电场可以使电荷
有序态解体,从而导致绝缘体一金属相变。在光致材料相变方面,也没有
统一的理论。
本文将从稀土位双掺杂钙钦矿锰氧化物薄膜的材料制备开始,来研究不同掺
杂对材料晶格结构和电输运的影响、外场对材料相变的扰动及材料的相变探测和
反射率特性。具体如下
研究对象稀土位双掺杂的钙钦矿锰氧化物
系列薄膜。
研究的内容
稀土位的不同掺杂比例对材料晶格结构的影响
不同掺杂比例对薄膜材料输运特性影响,并对其导电机