反钙钛矿GaCMn_3外延薄膜的制备与物性研究

【摘要】过渡族反钙钛矿(Antiperovskite)化合物与过渡族钙钛矿(Perovskite)氧化物有着十分相似的结构,自2000年以来,Mn基反钙钛矿结构化合物AXMn3(A代表主族元素等,X代表碳、氮元素)的多种功能属性(如磁电阻、磁热、负热膨胀、磁致伸缩、磁性状记忆等效应)相继被发现,其巨大的潜在应用价值使这类材料获得越来越广泛的关注。另外,此类材料本身还具有丰富的物理内涵,如拓展窄能带效应,基于角共享八面体的新型三维自旋阻挫,晶格、自旋以及电荷的强耦合等。目前人们对AXMn3的块体性能已经有了较为深入的了解,元素掺杂作为主要的性能调控手段也在探索深层机制方面取得了许多重要进展,相关理论已日渐成熟完备。在此基础上,我们开展了以实际应用为导向的高质量薄膜制备工艺及相关物性研究。在本论文中,我们选取具有丰富磁性质的GaCMn3(GCM)材料作为靶材,在LaAl03(LAO)、(LaAl03)o.3(Sr2AlTa06)o.7(LAST)、SrTiO3(STO)等单晶基底上生长薄膜样品,研究了衬底温度、膜厚、衬底类型等参数对薄膜质量以及结构、磁性、电输运等物性的影响。本论文的主要内容安排如下：第一章,我们给出了Mn基反钙钛矿结构化合物AXMn3的晶体结构以及反钙钛矿材料块体材料所表现出的丰富多彩的物理性质以及应用前景,叙述了掺杂对于材料结构和物性的影响机制,列举了薄膜制备的技术手段以及低维效应对于薄膜结构和物性的影响,讨论了反钙钛矿材料将来的研究方向,尤其对于薄膜制备及影响因素进行了详细讨论,为后续工作的深入开展做了积累和铺垫。第二章,介绍了利用真空高温固相反应制备(GaCMn3靶材的方法,并且对比文献中所报道的结果,认为我们所制备的靶材具有优良的晶体结构和十分完备的物理性质,为我们后来的薄膜制备提供了良好的基础。最后我们又详细介绍了薄膜制备方法以及样品的表征手段。第三章,我们采用脉冲激光沉积方法在在LaAlO3(001)衬底上制备了GaCMn3薄膜,从薄膜结构和磁电性质出发研究了不同的制备条件(衬底温度和激光能量)对薄膜造成的影响,薄膜表现出明显的多取向性质,制备温度会对薄膜的取向产生影响。在进行详细的结构分析后,我们认为衬底影响因素与制备温度影响因素在薄膜成相过程中会发生相互竞争,共同决定了薄膜的生长取向,衬底的应力以及热膨胀会对薄膜的磁电输运性质产生影响。第四章,通过对一系列不同厚度的薄膜进行对比,我们认为薄膜中(200)取向的结构与(200)取向的结构是同时出现的,并且随着薄膜厚度的增加,(200)取向的结构的比例逐渐变大。在对比不同厚度的外延薄膜时,我们推测造成薄膜与块材在磁转变过程中的差别主要来源于变温过程中衬底应力以及正热膨胀对薄膜的钳制作用。
【作者】钱文超；
【导师】吴文彬；
【作者基本信息】中国科学技术大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】反钙钛矿外延薄膜；GaCMn3；制备条件；应力；厚度效应；

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