反鈣鈦礦GaCMn3外延薄膜的制備與物性研究.pdf

1、過渡族反鈣鈦礦(Antiperovskite)化合物與過渡族鈣鈦礦(Perovskite)氧化物有著十分相似的結(jié)構(gòu)，自2000年以來，Mn基反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物AXMn3（A代表主族元素等，X代表碳、氮元素）的多種功能屬性（如磁電阻、磁熱、負(fù)熱膨脹、磁致伸縮、磁性狀記憶等效應(yīng)）相繼被發(fā)現(xiàn)，其巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值使這類材料獲得越來越廣泛的關(guān)注。另外，此類材料本身還具有豐富的物理內(nèi)涵，如拓展窄能帶效應(yīng)，基于角共享八面體的新型三維自旋阻挫，晶格、

2、自旋以及電荷的強(qiáng)耦合等。目前人們對(duì)AXMn3的塊體性能已經(jīng)有了較為深入的了解，元素?fù)诫s作為主要的性能調(diào)控手段也在探索深層機(jī)制方面取得了許多重要進(jìn)展，相關(guān)理論已日漸成熟完備。在此基礎(chǔ)上，我們開展了以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向的高質(zhì)量薄膜制備工藝及相關(guān)物性研究。在本論文中，我們選取具有豐富磁性質(zhì)的GaCMn3(GCM)材料作為靶材，在LaAlO3(LAO)、(LaAlO3)0.3(Sr2AlTaO6)0.7(LAST)、SrTiO3(STO)等單晶基底

3、上生長薄膜樣品，研究了襯底溫度、膜厚、襯底類型等參數(shù)對(duì)薄膜質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)、磁性、電輸運(yùn)等物性的影響。本論文的主要內(nèi)容安排如下:
　　第一章，我們給出了Mn基反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物AXMn3的晶體結(jié)構(gòu)以及反鈣鈦礦材料塊體材料所表現(xiàn)出的豐富多彩的物理性質(zhì)以及應(yīng)用前景，敘述了摻雜對(duì)于材料結(jié)構(gòu)和物性的影響機(jī)制，列舉了薄膜制備的技術(shù)手段以及低維效應(yīng)對(duì)于薄膜結(jié)構(gòu)和物性的影響，討論了反鈣鈦礦材料將來的研究方向，尤其對(duì)于薄膜制備及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)討論

4、，為后續(xù)工作的深入開展做了積累和鋪墊。
　　第二章，介紹了利用真空高溫固相反應(yīng)制備GaCMn3靶材的方法，并且對(duì)比文獻(xiàn)中所報(bào)道的結(jié)果，認(rèn)為我們所制備的靶材具有優(yōu)良的晶體結(jié)構(gòu)和十分完備的物理性質(zhì)，為我們后來的薄膜制備提供了良好的基礎(chǔ)。最后我們又詳細(xì)介紹了薄膜制備方法以及樣品的表征手段。
　　第三章，我們采用脈沖激光沉積方法在在LaAlO3(001)襯底上制備了GaCMn3薄膜，從薄膜結(jié)構(gòu)和磁電性質(zhì)出發(fā)研究了不同的制備條件（襯底

5、溫度和激光能量）對(duì)薄膜造成的影響，薄膜表現(xiàn)出明顯的多取向性質(zhì)，制備溫度會(huì)對(duì)薄膜的取向產(chǎn)生影響。在進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析后，我們認(rèn)為襯底影響因素與制備溫度影響因素在薄膜成相過程中會(huì)發(fā)生相互競爭，共同決定了薄膜的生長取向，襯底的應(yīng)力以及熱膨脹會(huì)對(duì)薄膜的磁電輸運(yùn)性質(zhì)產(chǎn)生影響。
　　第四章，通過對(duì)一系列不同厚度的薄膜進(jìn)行對(duì)比，我們認(rèn)為薄膜中(200)取向的結(jié)構(gòu)與(200)取向的結(jié)構(gòu)是同時(shí)出現(xiàn)的，并且隨著薄膜厚度的增加，(200)取向的結(jié)構(gòu)的比