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锰氧化物异质结在自旋电子学领域具有广阔的应用前景,例如,可应用在磁传感器和磁存储等器件中。锰氧化物异质结中还出现了很多独特的物理现象,涉及到凝聚态物理学中很多的基本问题,一直吸引着人们的研究兴趣。因此,无论是从基础物理的角度,还是从应用的角度,对锰氧化物异质结进行深入的研究都是很有必要的。由于存在自旋、轨道、电荷和晶格多种自由度的组合,人们期待锰氧化物异质结中可以出现更多新颖的物理现象。锰氧化物异质结中很多潜在的物理现象还有待进一步的发现,很多已发现的物理现象的物理机制还有待更加深入的研究。本论文利用脉冲激光沉积法制备了高质量的锰氧化物/铁酸铋异质结。深入探讨了锰氧化物/铁酸铋(La0.7Sr0.3MnO3/BiFeO3(LSMO/BFO),LaMnO3/BiFeO3(LMO/BFO))异质结中的交换偏置效应的起源。发现了一种新的物理现象,即LMO/BFO界面可以诱发自旋团簇玻璃态的转变,并深入探讨了发生这种现象的原因。还发现应变效应在LMO薄膜中自旋团簇玻璃态形成的过程中发挥着重要的作用。本论文围绕锰氧化物/铁酸铋异质结,进行了如下研究工作:1.LSMO/BFO和LMO/BFO异质结的界面电荷转移与交换偏置效应在(001)取向的STO单晶基板上制备了LSMO/BFO和LMO/BFO异质结,通过对比LSMO/BFO和LMO/BFO异质结的磁学性能和界面的电荷转移,探讨了锰氧化物/铁酸铋异质结中交换偏置效应的起源。发现LSMO/BFO和LMO/BFO异质结均表现出交换偏置效应,但LSMO/BFO异质结交换偏置场大,截止温度高,界面磁耦合强。在LSMO/BFO和LMO/BFO异质结的界面均发生了电荷转移,但方向相反。在LSMO/BFO界面,电荷转移的方向是由Fe离子到Mn离子;而在LMO/BFO界面,电荷转移的方向是由Mn离子到Fe离子。在锰氧化物/铁酸铋异质结中,电荷从Fe离子转移到Mn离子时,有利于更强的磁耦合。根据电荷转移模型绘制了界面轨道重组的示意图,阐明了锰氧化物/铁酸铋异质结中交换偏置效应的起源。电荷转移和轨道重组密切相关,也是锰氧化物/铁酸铋异质结的交换偏置效应的起源。2.LMO/BFO异质结中界面电荷转移和应变诱发的自旋团簇玻璃态的转变在(001)取向的STO单晶基板上制备了外延的LMO/BFO异质结和LMO单层薄膜,研究了LMO/BFO异质结和LMO单层薄膜的自旋团簇玻璃态、自旋玻璃态、应变状态以及电荷转移,探讨了自旋团簇玻璃态发生转变的原因。发现在LMO薄膜中存在自旋团簇玻璃态,而在LMO/BFO异质结中存在自旋玻璃态。即LMO/BFO界面诱发了自旋团簇玻璃态向自旋玻璃态的转变。交流磁化率的测试结果证明了LMO/BFO异质结中自旋玻璃态的存在。还发现Vogel-Fulcher模型也适用于异质结中的自旋玻璃态。和LMO薄膜相比,LMO/BFO异质结中的矫顽场减小了,意味着自旋玻璃态的钉扎效应弱于自旋团簇玻璃态。在LMO/BFO异质结的界面发生了电荷转移,电荷转移的方式为Fe3++Mn3+→Fe2++Mn4+。应变状态分析的结果表明,LMO薄膜膜在面外方向处于压应变状态,与之相反,LMO/BFO异质结中LMO层在面外方向处于拉应变状态。界面电荷转移和应变效应的共同作用导致了LMO/BFO异质结的发生了自旋团簇玻璃态向自旋玻璃态的转变。3.LMO薄膜中应变诱发的自旋团簇玻璃态在(001)取向的LAO、STO和MgO单晶基板上制备了高质量的LMO单层薄膜,通过对比不同基板上生长的LMO薄膜的应变状态和磁学性能,研究了LMO薄膜中自旋团簇玻璃态的形成机制,发现在LMO薄膜中双轴拉应变可以诱发自旋团簇玻璃态的形成。在LAO和STO基板上生长的LMO薄膜中形成了自旋团簇玻璃态,而在MgO基板上生长的LMO薄膜中却没有形成自旋团簇玻璃态。在LAO和STO基板上生长的LMO薄膜中自旋团簇玻璃态形成的机制是:在LMO薄膜中,双轴拉应变有利于降低氧空位的形成能,从而导致LMO薄膜中的氧空位含量高于在MgO基板上生长的LMO薄膜。为了保持电中性,在LAO和STO基板上生长的LMO薄膜中,Mn3+离子含量增多,Mn4+离子含量相应地减少,从而导致了Mn3+离子和Mn4+离子之间的铁磁相互作用减弱,Mn3+离子之间的反铁磁相互作用增强。因此,铁磁相互作和反铁磁相互作用之间的竞争关系发生变化,导致了LMO薄膜中的自旋团簇玻璃态的形成。由于自旋团簇玻璃态对铁磁态的钉扎效应,在LAO和STO基板上生长的LMO薄膜的矫顽场明显增大。此外,与在STO基板上生长的LMO薄膜相比,在LAO基板上生长的LMO薄膜表现出明显的交换偏置效应和更大的矫顽场。由于在LAO基板上生长的LMO薄膜中存在更大的双轴拉应变,氧空位浓度进一步升高,因此自旋团簇玻璃态的钉扎效应更加强烈。