应力及Mn位Mg/Zn掺杂对MnV2O4磁性的影响

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近年来,钒基尖晶石氧化物成为凝聚态物理强关联电子体系方向的研究热点,该类氧化物中存在着轨道、晶格、自旋等多种自由度的复杂耦合,在磁、热、电等方面表现出如庞磁电阻效应、磁热效应、多铁性等有趣的物理行为。作为该类氧化物的代表材料,MnV2O4是自旋、轨道、晶格耦合的理想研究平台,其具有磁致相变性质与很好的磁热性能,在磁制冷、传感器、磁开关等领域有着很高的应用价值。目前关于MnV2O4的研究均为研究其体材料的物性,对其薄膜材料物性的研究还是空白。本文利用脉冲激光沉积法成功生长出MnV2O4薄膜,并对薄膜的应力状态与磁性进行了表征,讨论了应力对薄膜磁性的影响。此外,我们还制备了Mg、Zn掺杂的MnV2O4多晶样品,给出了样品磁相变温度与Mg、Zn掺杂量的关系。  由于V在空气中易氧化为+5价,采用真空封管合成法制备MnV2O4靶材与Mg、Zn掺杂MnV2O4多晶。对样品进行XRD表征,结果表明制得的样品均为正尖晶石结构的纯相,没有杂相出现。对于Mg、Zn掺杂样品,其衍射峰随掺杂量的增加而向高角度方向偏移,这表明随着掺杂量的增加样品晶格常数减小,与理论预期相符,Mg、Zn确实掺进了MnV2O4晶格中。  经过多次生长尝试,确定MnV2O4薄膜的生长条件为衬底温度650oC、生长气压2×10-4Pa、脉冲能量150mJ、脉冲频率5Hz。我们分别在LaAlO3(001)、SrTiO3(001)、MgO(001)单晶衬底上生长了不同厚度的MnV2O4薄膜。XRD表征结果表明薄膜为沿(004)晶面择优取向的,薄膜衍射峰相对块体衍射峰向左偏移,表明所有薄膜均受压应力作用,晶格失配越大、薄膜越薄,峰位偏移越多,压应力越强。MnV2O4薄膜在低温下表现出亚铁磁性,其亚铁磁相变温度均低于块体,且薄膜越薄,亚铁磁相变温度越低。压应力引起薄膜晶格结构畸变,削弱了薄膜中的磁相互作用,导致了薄膜亚铁磁相变温度的降低,此外,压应力还抑制MnV2O4薄膜发生从立方到四方(c
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