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磁电阻效应可应用于通讯、计算机、存储器等领域而受到人们关注。自1993年在锰氧化物钙钛矿材料中发现特大磁电阻效应,对锰氧化物丰实的物理表现,巨大潜在的应用前景开展了广泛研究。本文力图通过多种实验手段研究锰氧化物的电输运与薄膜结构的关系,主要取得如下结果:
1)原子力显微镜(AFM)研究表明,以SrTiO<,3>(STO)为衬底生长的La<,2/3>Ca<,1/3>MnO<,3>(LCMO)薄膜,当厚度小于20 nm时,薄膜表面形貌呈现二维波浪状结构,表明LCMO薄膜以二维层状生长模式生长;随着厚度增加,表面出现微裂缝和晶粒,这是由于衬底与外延薄膜的晶格失配的存在,积聚在薄膜中的应变能借助微裂缝和晶粒的出现而释放,此时的表面粗糙度增大;当膜厚大于30 nm时,外延薄膜中的应变进一步增大,导致表面的晶粒逐渐长大,表面粗糙度和晶粒尺寸也将随薄膜厚度增加而增加。相对于STO,在Al<,2>O<,3>(ALO)和 Yittrium stabilized ZrO<,2>(YSZ)衬底上生长的具有相同厚度的LCMO薄膜,表面粗糙度更大。分析表明晶格失配是导致表面形貌的主要原因:失配越大,表面越粗糙。
2)X射线衍射和掠入射X射线散射的结果显示:不同衬底上生长的LCMO薄膜的晶格应变不同,晶格弛豫的厚度也不同。掠入射X射线衍射还进一步表明,LCMO薄膜的晶格应变随薄膜深度有一分布,只有当薄膜厚度达到一定厚度,薄膜的晶格应变才会完全弛豫,面法向晶格参数和面内晶格参数与体块材料一致;掠入射X射线反射研究则表明,样品LCMO/STO的表面、界面要比样品LCMO/ALO和LCMO/YSZ更平滑,粗糙度更小,并且其界面层厚度和表面层厚度也更小,表明晶格弛豫要消耗掉的薄膜层更少。
3)低温电磁输运测量结果显示,当薄膜厚度大于200A时,在实验条件下可观测到金属-绝缘体转变,而且转变温度随厚度和衬底材料的变化而变化,金属一绝缘体转变的宽度也与衬底材料和薄膜厚度相关。薄膜的电磁输运与薄膜质量和薄膜的应变状态有关。结合前面有关薄膜应变和表面形貌、表面粗糙度的研究结果,本文分析了电输运的成因,并用极化子渗流模型对输运进行模拟,找到结构参数与极化子相应参数的参比关系。更深入的研究还在进行中。