La1-xSrxCoO3外延薄膜和Fe3O4/NiO外延双层薄膜的各向异性磁输运性质

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多功能氧化物由于其复杂的自旋、轨道、晶格之间的耦合，表现出奇异的物理性质。目前对多功能氧化物的研究主要基于单层膜及人工异质结构。单层钙钛矿结构的钴氧化物具有特殊的磁输运性质，铁磁/反铁磁全氧化物异质结构界面存在着各向异性，它们在自旋电子学器件，如自旋阀和磁性隧道结中有重要的应用。我们分别采用射频磁控溅射和对向靶磁控溅射的方法制备了自发磁相分离钙钛矿La1-xSrxCoO3外延薄膜和铁磁/反铁磁Fe3O4/NiO外延双层薄膜，并对这两种非均匀体系的结构、磁性以及各向异性输运性质进行了系统研究。
　　在铁磁/自旋玻璃态相分离的La1-xSrxCoO3(x=0.07,0.17,0.26,0.30,0.40,0.60)外延薄膜中，通过磁性测量和第一性原理计算相结合的方法，证明了高自旋态的Co3+离子和低自旋态的Co4+是La1-xSrxCoO3基态的自旋态组合。Sr元素的引入使Co-O键变长，晶体场劈裂能减小，从而导致Co3+离子从低自旋态转变为高自旋态。La1-xSrxCoO3外延薄膜的自旋弛豫时间比普通自旋玻璃材料短，这是由于La1-xSrxCoO3外延薄膜的铁磁团簇尺寸(2.16~21.5nm)比多晶La1-xSrxCoO3材料(35~240nm)小很多。
　　晶轴各向异性和自旋轨道耦合是La1-xSrxCoO3(0.07≤x≤0.60)外延薄膜四重对称平面霍尔效应的主要物理来源。La1-xSrxCoO3外延薄膜的单轴各向异性场和立方各向异性场分别为Huni=70Oe和Hcub=143Oe，占据主导地位的立方各向异性场直接导致平面霍尔效应的四重对称性。La1-xSrxCoO3外延薄膜的平面霍尔效应随Sr含量的增大逐渐转变为二重对称，这是由于体系的各向异性随着Sr含量的增大而减弱。第一性原理计算证明了Co-d轨道对La1-xSrxCoO3各向异性的贡献随Sr含量而发生变化。在Sr含量较低时，各向异性主要来自eg-dx2-y2和eg-d3z2-r2自旋轨道耦合的贡献；当Sr含量升高时，t2g-dxy，dyz，dxz轨道的自旋轨道耦合对各向异性贡献增大。
　　在Fe3O4/NiO外延双层薄膜中观察到了反常四重对称平面霍尔效应。当NiO反铁磁层的厚度超过临界时，双层薄膜的平面霍尔效应从四重对称转变为二重对称，这与界面耦合作用随反铁磁层厚度增大而减弱有关。基于Stoner-Wohlfarth模型证明了由界面耦合作用引入到铁磁层中的额外立方各向异性随着反铁磁厚度的减小而增大，并且通过第一性原理计算进一步证明了这种界面耦合作用主要来自界面成键结构和界面电荷转移。

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作者
崔文瑶;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科材料物理与化学
授予学位硕士
导师姓名白海力;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
钙钛矿外延薄膜; 外延双层薄膜; 各向异性磁输运性质; 自旋轨道耦合; 平面霍尔效应;

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