SrRuO3外延薄膜的化学溶液法制备及其物性研究

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4d过渡金属氧化物材料是强关联电子材料之一,具有相近的晶体场能、电子库伦相互作用能,洪特规则能以及电子带宽等,电荷、自旋、晶格及轨道之间的相互作用,使其表现出丰富的物理性质。其中SrRuO3(SRO)薄膜具有优越的导电性,与铁电和压电材料有很好的晶格匹配性,可以作为一种优良的底电极材料使用,受到科研人员的广泛关注。本论文采用化学溶液法在LaAlO3(LAO)单晶衬底上制备SRO薄膜,研究不同的退火温度和取向对SRO薄膜的微结构和性能的影响,并对其电输运性质和磁性进行了一定的探索和研究。  首先,不同的退火温度对薄膜的生长起着至关重要的作用,为了得到化学溶液法制备SRO薄膜的最佳工艺,分别在600、700、800、900℃的退火温度下制备了SRO薄膜,并对其微结构和电学性能进行了相关的测试。对测试结果分析对比后,得到了700℃为化学溶液法制备SRO薄膜最佳退火温度的结论,为后续制备不同取向的SRO薄膜奠定了基础。  在获得最佳退火温度的基础上,在不同取向的LAO单晶衬底上制备出了不同取向的SRO外延薄膜,并对其电学性质和磁学性质进行了研究。所有的SRO薄膜在室温下都表现出金属导电性,其电阻率达到了10-4Ω·cm。SRO薄膜在150K左右发生顺磁铁磁性转变。在50K以下发生金属绝缘体转变。(110)SRO外延薄膜的电阻率最小,我们认为是由于薄膜的各向异性、外观形貌、晶界、孔洞影响了载流子的迁移率。对其磁学性质进行了测试分析,由于薄膜中存在应力,居里温度Tc受到抑制。这是因为应力改变了原子之间的键长和键角,导致自旋与自旋之间的相互作用降低,从而降低了Tc。(110)SRO外延薄膜具有最大的饱和磁化强度和矫顽场,三种薄膜的饱和磁化强度和矫顽场都比理论值要小,这可能与薄膜的磁晶各向异性和应力有关。
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