界面应力对钙钛矿氧化物薄膜的物性调控的研究

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ABO3型钙钛矿氧化物,因其拥有丰富的理化性质以及在光电传感、信息存储、化学催化等多方面的应用前景,一直是凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。应力被认为是提高钙钛矿氧化物材料性能甚至发现新的功能的一种重要手段。近年来,随着器件小型化,高性能,便携性,可调控性的发展趋势,应力调控薄膜材料的物性,无论从探究原理角度还是实现智能应用方面,都具有十分重要的意义。本文将着重研究应力对钙钛矿薄膜材料的结构,发光性能以及磁性等方面的影响。主要的研究内容和结论如下:1.在五种衬底上外延铒离子掺杂的钛酸钡薄膜(BTO:Er),探究由衬底失配引入的双轴应力对BTO:Er薄膜光致发光性能(PL)的影响。最终我们得出,界面应力使宿主材料BTO晶格扭曲,晶格的c/a值影响着晶体场的对称度,稀土离子周围晶体场的不对称成分会增加4f能级跃迁几率,进而影响薄膜的PL强度。在钛酸锶衬底上生长的薄膜(BTO:Er/STO)的c/a值最大,Er3+离子PL绿光和红光的增强分别可以达到6.5倍和7.1倍。2.利用应力对BTO:Er薄膜光致发光影响的机理,选取可剥离的具有柔性特质的云母(Mica)作为衬底,制备BTO:Er/Mica,利用Mica衬底的可弯曲性、透光性、化学稳定性,实现柔性动态可调发光。3.在STO衬底上制备不同厚度的钴酸镧薄膜(LCO),结合多种结构表征测试,我们系统地研究LCO薄膜随着厚度晶格弛豫的过程。靠近STO的LCO界面层由于受到STO立方晶格的约束,而展现出较小的磁性;随着薄膜厚度的增加,LCO薄膜所受的剪切应力逐步释放,晶格结构渐渐转变为单斜结构,使得Co3+离子的高自旋态更稳定,宏观表现为磁性增强。详细地分析了外延应力、晶格畸变、电子自旋态与宏观磁性之间的关联。4.利用我们分析得到的LCO薄膜铁磁性机理,进一步制备SrCuO2/LaCoO3(SCO/LCO)超晶格,通过SCO薄膜的结构特性,调节极薄的LCO薄膜材料的的晶格结构与自旋态,实现了超薄LCO薄膜的铁磁性恢复,推近了磁性绝缘材料在节能自旋电子器件中的应用。
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