不同晶态对La(1-x)SrxMnO3(x=0.33,0.5)薄膜电性及磁性的影响

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钙钛矿锰氧化物由于呈现出庞磁电阻、交换偏置、电阻开关特性等许多新奇的物理特性，一直以来都是凝聚态物理领域中的重点研究对象。而将该类材料制备成透明器件，可以明显拓宽该类器件的应用范围，故制备出透明玻璃器件，成为现代电子学发展的焦点话题。本论文着重关注了La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)薄膜的电阻开关与磁电阻特性，并对具有相分离的 La0.5Sr0.5MnO3薄膜进行了交换偏置效应的研究。本文的研究内容主要包括以下三部分： (1)不同晶态La0.67Sr0.33MnO3薄膜的电阻开关特性在FTO基底上，采用溶胶-凝胶法制备出两种不同晶态的LSMO薄膜，分别定义为LSMO-1和LSMO-2。由XRD与EDS能谱测量可知，LSMO-1薄膜为非晶态的薄膜，而LSMO-2薄膜为单相多晶薄膜。由AFM和SEM观测两种样品的微观形貌可知， LSMO-1薄膜表面是很多颗粒团簇在一起，没有观察到单个的晶粒，薄膜厚度为250nm。LSMO-2薄膜表面分布较均匀、致密，有清晰的晶粒边界，薄膜厚度为290nm。对两种薄膜蒸镀上顶电极，形成了Ag/LSMO/FTO器件。对这两个器件的透光性研究显示， LSMO-1器件的透光性为67%，而LSMO-2为完全不透光器件。电阻开关特性研究显示，LSMO-1器件的电阻值达到了106-108Ω，较LSMO-2器件高了近4个数量级，但其高、低阻态的电阻比达到了102，远高于LSMO-2器件的阻变比，并且有很好的保持性；对这两个器件的电阻开关机制的分析发现，LSMO-1器件的阻变效应是导电细丝机制起主要作用，而LSMO-2器件的阻变主要来源于界面的肖特基势垒的作用。 (2)不同退火温度对La0.67Sr0.33MnO3薄膜磁及磁电阻特性的影响运用sol-gel方法，在不同温度下制备La0.67Sr0.33MnO3薄膜样品，通过测量这几个薄膜的M-H和M-T曲线，可以得到500℃温度下制备的非晶态薄膜为顺磁性。而600℃和650℃温度下制备的为晶态薄膜，表现为铁磁性。随着制备温度升高，结晶度增加，氧空位逐渐减少。根据化合价平衡原理，氧离子进入晶格，使Mn4+/Mn3+比例增加。因此随着温度升高，内部排列由无序变为有序，导致电阻变小。分别对其磁电阻进行了计算，500℃样品的磁电阻为正向磁电阻(约为30%)，由于其为非晶态样品，因此它的机制已经不是双交换作用可以解释的范畴，可以用界面隧穿来解释；而对于600℃和650℃这两个样品的磁电阻都是负向磁电阻(-3.5%和-25%)，并且随着温度升高其磁电阻逐渐增加，这主要由于温度升高双交换作用变强而导致电阻减小、磁电阻变大。 (3)对La0.5Sr0.5MnO3交换偏置效应的研究采用溶胶-凝胶法在FTO基底上制备单相多晶的La0.5Sr0.5MnO3薄膜。通过SEM观察其表面微观结构，结果显示晶粒的大小在5.3nm-22.1nm范围之间，薄膜厚度为163nm。对该薄膜磁性测量发现，在500Oe磁场下其水平交换偏置可达到255Oe；最后对薄膜进行了训练效应的测量，证明薄膜有较高的稳定性。在TC温度以下，随着温度降低到5K时，交换偏置一直增加，到阻挡温度约68K时样品的交换偏置效应突然快速增加。该现象归因于低温下FM和AFM两相共存，FM/AFM界面发生耦合导致交换偏置的产生，并且温度越低薄膜界面耦合作用越强。

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作者
刘迪迪;
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作者单位

河北师范大学;

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授予单位河北师范大学;
学科凝聚态物理
授予学位硕士
导师姓名赵旭;
年度 2018
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类固体物理学;
关键词
晶态; 薄膜电性; 磁性;

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