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钙钛矿氧化物晶格、电荷、轨道、自旋多个自由度相互耦合,出现了许多奇异的性质,如铜基超导、锰氧化物的巨磁阻效应和多铁等,引起人们的广泛关注。它们中晶体场作用能与洪特耦合能相互竞争,易受外界条件影响,因而钙钛矿氧化物表现出许多新颖的物理现象。钴氧化物中的自旋态转变与锰氧化物中的电荷有序是钙钛矿氧化物中的典型特征,如何实现对其调控是目前的一个研究热点。本文利用脉冲激光沉积法在SrTiO3、(LaA lO3)0.3(Sr2AlTaO6)0.7(LSAT)和LaAlO3等单晶衬底上制备了La1-xSrxCoO3(LSCO)、LaCoO3/SrTiO3(LCO/STO)、La1-xCaxCoO3(LCCO)和Pr0.5Ca0.35Sr0.15MnO3(PCSMO)薄膜,研究了不同应力和Sr含量下的钴氧化物薄膜的磁性,并对自旋态进行了分析;另外,我们结合实验测量与透射电镜观察研究了锰氧化物中的电荷有序行为,主要结论如下: 1.研究了La1-xSrxCoO3(0≤x≤0.5)(LSCO)薄膜在不同应力下随Sr含量的磁性变化。低温下,体材料的LaCoO3(LCO)是绝缘体,所有Co原子处于低自旋态,没有磁性,在受到拉应力时,LCO出现了高自旋Co3+,转变为铁磁态,随着拉应力增大,磁性增强,高自旋Co3+比例增加。但在掺杂少量Sr后,高自旋Co3+受到抑制,转变为低自旋Co3+,薄膜的铁磁减弱,在0.1-0.2的掺杂区产生了无磁的窗口,磁矩减小了大约0.8-1.1μB/Co。通过对不同衬底和厚度的薄膜的磁性研究,我们首次得出了LSCO薄膜在应力下的磁相图。第一性原理研究表明,由于晶格应力,Sr掺杂后引起Co3+由高自旋态向低自旋态转变,这与LSCO体材料中由低自旋态向中自旋态转变不同。对于STO/LCO多层膜,STO层的存在一方面保持了应力,使磁性增强,另一方面由于引入了界面效应,不利于高自旋Co3+的存在,导致磁性减弱。研究结果对钴氧化物的自旋调控具有重要参考价值。 2.研究了La1-xCaxCoO3(0≤x≤0.3)薄膜在不同应力下随Ca含量的磁性变化。研究发现拉应力时LCO中出现的铁磁序随Ca的掺入消失了,高自旋Co3+转变为低自旋Co3+和Co4+,随Ca含量的增加,磁性缓慢增强,主要来自于增加的低自旋Co4+。相比LSCO薄膜,掺入Ca后磁性减弱的更快,但是没有出现无磁的窗口,在掺杂Ca量大于0.2后,没有中自旋的Co3+产生,表现出弱铁磁性,而LCCO/LAO薄膜在0-0.3掺杂区都表现出弱铁磁性,随掺杂量磁性单调增加,磁性来源于低自旋的Co4+。通过对不同衬底和厚度的薄膜的磁性研究,首次得出了LCCO薄膜在应力下的磁相图。结合第一性原理计算,我们得出在拉应力下Ca的掺杂使高自旋的Co3+变为低自旋,随着掺杂量增加,磁性来源于Co4+的增加,而压应力下掺杂Ca仅使低自旋的Co3+变为低自旋Co4+。 3.我们在STO(100)、STO(110)和LAO(100)三种衬底上生长了Pr0.5Ca0.35Sr0.15MnO3薄膜,并对衬底应力和薄膜厚度对结构和电荷有序的影响进行了研究。通过输运性质测量,我们确定了薄膜的电荷有序转变温度,具体的电荷有序行为通过透射电子显微镜来研究。从输运曲线上,我们发现三个衬底的上电荷有序行为都比体材料的高,表明应力会提高薄膜电荷有序转变温度。从透射电镜观察发现,室温下电子衍射图上出现了超衍射斑点,表明薄膜出现了电荷有序行为,电荷有序的调制矢量分别是STO(100)上为(1/2,0,0),STO(110)上为(1/2,1/2,1/2),LAO(100)上为(0,1/2,0)和(1/2,1/2,0)。电荷有序倾向于出现在两个方向,一个是压应力的方向,表明Mn-O-Mn键角起主要作用,另一个是[111]方向,Mn3+与Mn4+交替出现,每个Mn3+最近邻是Mn4+,使体系最稳定。薄膜比较薄时比较平坦,只在一个方向存在电荷有序,而400 nm的薄膜中呈纳米柱状结构,电荷有序出现在三个方向。此研究对深入理解电荷有序行为以及对其实现调控具有重要意义。