釕氧化物超晶格電磁輸運性質(zhì)研究.pdf

1、鈣鈦礦氧化物擁有著豐富迷人的物理性質(zhì)，其廣泛應用于傳感器、新能源、磁存儲以及自旋電子器件之中。異質(zhì)結(jié)是研究薄膜材料非常重要和常用的方式，在異質(zhì)界面處，由于反演對稱性破缺和維度降低等效應，會進一步增強電子的關(guān)聯(lián)作用，兩側(cè)通過晶體場、應力場、界面耦合等相互作用，使得電荷、自旋以及軌道發(fā)生重構(gòu)，從而誘導出界面超導、磁電耦合、量子霍爾效應等一系列不同于體相的新奇性質(zhì)。
　　近年來，隨著復雜氧化物薄膜制備技術(shù)和原位生長監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)實

2、現(xiàn)原子級平整的異質(zhì)界面。人工超晶格中存在很多強關(guān)聯(lián)特性的異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)，能夠衍生出不同于組分本身的獨特性質(zhì)，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域提供了很好的機會來探究某些理論模型的正確性與實用性，并實現(xiàn)新材料的特定性能。因而，通過構(gòu)筑高質(zhì)量的鈣鈦礦超晶格結(jié)構(gòu)，可以研究結(jié)構(gòu)、界面以及相關(guān)自由度對其磁電性質(zhì)的影響。
　　本文主要著眼于4d金屬釕的氧化物與其他鈣鈦礦氧化物組成的一系列超晶格。金屬絕緣轉(zhuǎn)變與層間交換耦合效應是本文的主要研究內(nèi)容。全文共分為六章內(nèi)容

3、:
　　第一章緒論介紹了論文涉及到的一些背景知識，首先對鈣鈦礦類強關(guān)聯(lián)電子體系結(jié)構(gòu)和八面體畸變及其耦合機制進行了介紹，強調(diào)了界面處八面體耦合行為的重要作用;其次探討了復雜氧化物界面處的新奇物理性質(zhì)，并對金屬氧化物中的電輸運性質(zhì)作了簡要概述，包括金屬絕緣轉(zhuǎn)變、電子弱局域化、自旋軌道耦合等效應;最后闡述了不同類型層間交換耦合的相關(guān)物理機制。
　　第二章介紹了試驗中涉及到的儀器設(shè)備、測試手段和基本的原理知識。
　　第三章主要

4、研究了CaRu0.5Ti0.5O3/La0.7Sr0.3MnO3超晶格體系中的層間交換耦合(IEC)效應。通過優(yōu)化生長條件，我們在該體系中發(fā)現(xiàn)了間接的層間交換耦合作用，著重分析了不同周期超晶格樣品在外場作用下磁層的翻轉(zhuǎn)過程，并通過測量樣品不同溫度下的磁滯回線，畫出了降場過程中的相圖;采用不同的模型對層間耦合強度與溫度依賴關(guān)系進行了擬合，擬合結(jié)果認為是中間層材料的費米結(jié)構(gòu)與自旋波激發(fā)子兩種效應共同作用導致的;同時我們還定性的提出了基于量子

5、阱模型的幾種可能解釋。
　　第四章主要介紹了在SrRu1-xTixO3/La0.7Sr0.3MnO3超晶格體系中的IEC效應。與CaRu0.5Ti0.5O3/La0.7Sr0.3MnO3體系不同的是，90°型耦合(biquadratic IEC)在該體系中有著非常重要的作用。首先我們研究了一系列不同摻雜濃度、不同厚度SrRu1-xTixO3/LSAT(001)單層膜的結(jié)構(gòu)與磁電性質(zhì);接下來我們闡述了SrRu1-xTixO3/La0

6、.7Sr0.3MnO3/NGO(001)超晶格樣品中層間交換耦合的類型，采用不同的模型對其進行了擬合，并分析了共線型和90°型IEC對樣品磁性質(zhì)的影響;最后，在LSAT(001)襯底上生長的SrRu0.8Ti0.2O3/La0.7Sr0.3MnO3超晶格中發(fā)現(xiàn)，襯底的立方對稱性結(jié)構(gòu)有助于90°型IEC的形成，并且兩種耦合效應的共同作用會導致傾斜相的產(chǎn)生。
　　第五章在CaRuO3/SmFeO3超晶格體系中，發(fā)現(xiàn)超薄絕緣的CaRuO