鈣鈦礦錳氧化物上傳

鈣鈦礦錳氧化物外延薄膜的

量子調(diào)控現(xiàn)象蘇州科技學(xué)院數(shù)理學(xué)院開題匯報(bào)匯報(bào)人：專業(yè)：導(dǎo)師：

2014年4月25日匯報(bào)提綱：選題背景及意義國內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)研究內(nèi)容研究方法可能遇到的困難與問題實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排預(yù)期效果選題背景及意義近年來鈣鈦礦型過渡族金屬氧化物材料一直是凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。通過對(duì)鈣鈦礦錳氧化物薄膜的電荷分布、自旋極化、軌道耦合等量子態(tài)的調(diào)制，可操控這類材料體系中的相轉(zhuǎn)變和新奇物性，對(duì)發(fā)展新一代的氧化物功能器件具有重大意義。關(guān)于鈣鈦礦錳氧化物的研究不僅極大地豐富了凝聚態(tài)物理的內(nèi)涵，同時(shí)也推動(dòng)了自旋電子學(xué)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子器件研究的發(fā)展。至今還沒有比較完整的理論來解釋該金屬氧化物體系中各種現(xiàn)象的物理本質(zhì)，其原因是該體系中存在的各種相互作用過于復(fù)雜，因此關(guān)于鈣鈦礦型錳氧化物的更多實(shí)驗(yàn)研究是非常必要的。國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)人們?cè)贚a1-xCaxMnO3(0.2<x<0.5)薄膜內(nèi)發(fā)現(xiàn)存在著絕緣相與鐵磁金屬相共存的行為，即相分離現(xiàn)象，所以(LCMO)薄膜成為研究電流誘導(dǎo)的電致電阻效應(yīng)的一種很好的選擇。Wu等人研究了錳氧化物場效應(yīng)管的電磁響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)CER和CMR效應(yīng)是互補(bǔ)的，并且強(qiáng)烈支持滲流相分離機(jī)制。Ponnambalam等人報(bào)道，外加偏置電流可融化絕緣的電荷有序態(tài)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁金屬態(tài)。Markovich等人在La0.82Ca0.18MnO3單晶中觀察到0.3mA電流引起的場致電阻（ER）幅度相當(dāng)于1.5T的磁電阻（MR）幅度，揭示了ER和MR的對(duì)應(yīng)關(guān)系。日本的相關(guān)研究小組通過X射線或者激光在Pr0.7Ca0.3MnO3單晶中誘導(dǎo)出絕緣體-金屬相變現(xiàn)象。（光場）中國物理所先后在錳氧化物中觀察到超快光電響應(yīng)、縱向和橫向光電效應(yīng)。（光場）La0.7Sr0.3MnO3在壓應(yīng)力下，其金屬-絕緣體相變溫度從365K劇減為270K。（應(yīng)力場）近年人們嘗試用壓電效應(yīng)優(yōu)秀的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)晶體，~0.06%的晶格畸變獲得了~10%的調(diào)制深度，這一方法的局限性在于調(diào)制深度不夠大且調(diào)制速度有限。（應(yīng)力場）研究內(nèi)容外延薄膜生長：激光分子束外延薄膜樣品結(jié)構(gòu)、形貌表征、優(yōu)化薄膜量子調(diào)控光場——電致電阻磁場——磁電阻光場——光電效應(yīng)應(yīng)力場——膜厚/PMN-PT

圖為AMn03鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，進(jìn)而衍生出摻雜的RE1-xAExMnO3。

RE表示三價(jià)的稀土金屬，如：La，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Y等。

AE表示二價(jià)的堿土金屬，如Ca，Br，Sr等。在這些摻雜的錳氧化物結(jié)構(gòu)中，RE或者AE占據(jù)了晶格的頂點(diǎn)位置，Mn占據(jù)晶格的體心位置，而O占據(jù)六個(gè)面的面心位置形成Mn06八面體結(jié)構(gòu)。研究方法樣品制備：利用脈沖激光分子束外延技術(shù)(LaserMBE)外延生長幾個(gè)單胞厚度的錳氧化物薄膜，以形成低維薄膜。樣品的結(jié)構(gòu)特征分析：用高能電子衍射（RHEED）實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品的生長與成相量子調(diào)控行為的測量：標(biāo)準(zhǔn)四端法利用掃描隧道譜手段研究不同體系、不同厚度樣品中各分離相的大小、形狀、空間分布、導(dǎo)電性質(zhì)以及對(duì)磁場、靜電場、偏置電流的響應(yīng)關(guān)系分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下一內(nèi)容激光分子束外延系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)激光系統(tǒng)真空淀積系統(tǒng):由進(jìn)樣室、生長室、渦輪分子泵、離子泵等組成原位實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng):配備有反射式高能電子衍射儀(RHEED)、薄膜厚度測量儀、四極質(zhì)譜儀、光柵光譜儀或X射線光電子(XPS)譜儀等計(jì)算機(jī)精確控制,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)激光分子束外延過程脈沖激光源是與超高真空系統(tǒng)隔離的，脈沖激光束通過一個(gè)光學(xué)窗口進(jìn)人真空系統(tǒng)人射到可旋轉(zhuǎn)的靶材表面，使靶材局部氣化產(chǎn)生激光焰，被剝蝕的粒子獲得很高的動(dòng)能,到達(dá)可加熱的襯底表面形成薄膜。在L-MBE系統(tǒng)中,襯底溫度、激光能量、激光斑的形狀與尺寸、激光焰與襯底的距離、靶的密度和表面質(zhì)量、靶的旋轉(zhuǎn)速度等都可以調(diào)節(jié),從而可獲得最佳的工藝參數(shù)。返回高能電子衍射（RHEED）RHEED衍射圖樣

反射高能電子衍射儀（reflectionhigh-energyelectrondiffraction）：由高能電子槍和熒光屏兩部分組成。從電子槍發(fā)射出來的具有一定能量(通常為10-30kev)的電子束以1-2°的掠射角射到樣品表面。電子垂直于樣品表面的動(dòng)量分量很小,又受到庫侖場的散射,所以電子束的透入深度僅1-2個(gè)原子層,因此RHEED所反映的完全是樣品表面的結(jié)構(gòu)信息。

在研究晶體生長、吸附、表面缺陷等方面有很大的幫助，是當(dāng)今表面科學(xué)和原子級(jí)的人工合成材料工程中的強(qiáng)有力的原位分析與監(jiān)控的手段。特別是在分子束(MBE)外延技術(shù)中,利用RHEED進(jìn)行原位監(jiān)測是一個(gè)重要手段。返回四端法對(duì)于低值電阻，采用可消除接觸電阻和引線電阻的測量方法——四端法（FourProbeMethod）進(jìn)行測量。四端法通過測量待測電阻兩端電壓和流經(jīng)的電流來確定數(shù)值的，具有直接，且克服觸點(diǎn)電阻和引線電阻等特點(diǎn)，適用于各類電阻的測量，尤其是低值電阻的測量?；咎攸c(diǎn)：恒流電源通過兩個(gè)電流引線極將電流供給待測低值電阻，而數(shù)字電壓則通過兩個(gè)電壓引線來測量由恒流電源所供電流而在待測低值電阻上所形成的電位差Ux。返回可能遇到的困難與問題

關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中多種有序相之間的競爭和量子相變，包括電子或原子的電荷密度、自旋和軌道自由度的相互作用與競爭所導(dǎo)致的非常規(guī)超導(dǎo)態(tài)及贗能隙效應(yīng)；電荷與自旋的量子霍爾效應(yīng)；超流體、金屬與絕緣體之間的相變，對(duì)量子調(diào)控都有較大的影響。實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排預(yù)期效果（