拉伸La0.67Ba0.33MnO3薄膜的磁晶各向异性和自旋波研究

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钙钛矿型过渡金属氧化物的研究开始于上世纪五十年代,提出了超交换、双交换等理论解释其磁性和输运性质。庞磁电阻的发现使得该类材料,特别是锰氧化物,再次成为物理和技术应用领域研究的热点。这是因为该类材料属于强关联电子体系,包含丰富的物理机制,比如场致金属-绝缘体转变、电荷有序、轨道有序、磁晶各向异性等。并且这类材料在信息处理、信息磁存储等各类磁性器件中具有重要的应用价值,对于推进技术进步有很大作用。这使得锰氧化物的研究在最近几十年经历了很大的进展。   磁晶各向异性作为一个重要参量,对材料的性质有很大影响,比如改变材料的易磁化方向、磁阻等。锰氧化物在实际应用器件中多以薄膜、异质结形式存在。但由于维度降低、缺陷、衬底应力等因素,薄膜的磁各向异性与块材有很大差别。本论文中,在拉伸衬底上生长LaBaMnO3薄膜,研究其磁性及输运性质,并利用铁磁共振测量其磁晶各向异性常数随温度的变化。还研究了自旋波共振的性质。   第一章介绍了锰氧化物的研究进展过程,对其晶体结构、J-T畸变、磁有序、渗流相变做了扼要介绍。然后对锰氧化物的磁各向异性相对于衬底应力、薄膜厚度变化做了详细分析。指出LaCaMnO3、LaSrMnO3薄膜的易轴倾向于沿拉伸应力方向。而被压缩的La0.67Ba0.33MnO3(LBMO)薄膜各向异性易轴随衬底应力改变刚好与LaCaMnO3相反。最后给出了拉伸LBMO薄膜的研究设想。   第二章中,首先介绍的靶材以及外延薄膜的制备表征方法。然后对X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和磁性输运性质的测量表征手段进行了简单介绍。最后对双轴拉伸LBMO/MgO、LBMO/MgAl2O4(LBMO/MAO)薄膜的XRD、SEM表征结果进行分析,研究了退火对薄膜中氧分布、c轴晶格常数、结晶性的影响   第三章,讨论了退火处理对LBMO/MAO薄膜磁性的影响,发现退火使得该薄膜磁化强度明显增加:薄膜低温饱和磁化强度与理论值接近。还讨论了退火处理对两种薄膜的输运性质影响,证明高温退火使得面内氧转移到面外,薄膜氧含量仍然不足,导致没有金属-绝缘体转变;而中温退火可以提高薄膜氧含量,促使金属-绝缘体转变的出现。   第四章中,利用铁磁共振(FMR)方法测量LBMO/MAO在外加磁场垂直于膜面、平行于膜面两种配置下,得到共振场随温度的变化,进而得到了其二阶和四阶磁晶各向异性常数随温度的变化关系。在温度为40K-150K之间实现了面外单轴磁晶各向异性。另外,通过拟合FMR中观察到的自旋波,得到了自旋波模数平方与共振场之间的线性关系,通过该线性关系得到自旋波劲度系数。   第五章对全文进行总结,并提出了优化外延薄膜质量的研究设想。
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