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《河北师范大学》 2017年
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厚度和微观结构对钙钛矿锰氧化物Pr(Sr_(0.1)Ca_(0.9))_2Mn_2O_7薄膜交换偏置效应的影响

彭勃  
【摘要】:混合价态钙钛矿锰氧化物作为一种典型的强关联电子体系,由于其自旋、电荷、晶格和轨道之间的耦合作用,在该体系材料中产生了相分离与交换偏置效应等物理特性。交换偏置效应是在材料的磁滞回线偏离了中心位置现象的基础上提出的,广泛地存在于众多的铁磁与反铁磁耦合的材料中。目前,由于其在读出磁头、非易失型存储器与各种探测器等方面的应用已经被广泛地研究。而双层钙钛矿锰氧化物Pr(Sr_(0.1)Ca_(0.9))_2Mn_2O_7(PSCMO)在低温下由于电荷/轨道有序而产生了明显的相分离,其薄膜材料的厚度与微观结构的变化也会对其交换偏置效应产生一定的影响。本文采用脉冲激光沉积技术,在Pt/Ti/SiO_2/Si基片上制备了双层钙钛矿锰氧化物PSCMO薄膜,并对其交换偏置效应进行了研究,本文的研究内容主要包括以下三个部分:(1)厚度对PSCMO薄膜交换偏置效应的影响采用脉冲激光沉积技术,在Pt/Ti/SiO_2/Si基片上制备了一系列不同厚度(72nm-940nm)的双层钙钛矿锰氧化物PSCMO薄膜,通过扫描电子显微镜的研究发现,该系列薄膜的表面形貌均为均匀的三角形晶粒,在不同厚度的薄膜样品中均产生了磁交换偏置效应,在厚度为72nm-720nm的样品中,薄膜的磁交换偏置效应随着薄膜厚度的增加而增加;而在厚度为720nm-940nm的样品中,薄膜的磁交换偏置效应随着薄膜厚度的增加而减少,在厚度为720nm的材料中,交换偏置效应达到最大。对该系列薄膜的磁性成分分析表明,随着薄膜厚度的不同,材料中的铁磁相与反铁磁相的成分变化是产生这种现象的主要原因。在厚度为720nm的薄膜材料中,其交换偏置效应随着冷却场的增加而逐渐增加,在温度5K、7000Oe冷却场下,其垂直交换偏置为1.36×10-4emu/cm2,水平交换偏置为-160Oe。而在固定的冷却场下,其交换偏置效应随着温度的升高而逐渐降低;当温度达到28K时,交换偏置效应消失。该温度与薄膜的阻滞温度一致,说明低温下的交换偏置效应来源于相分离带来的铁磁相与反铁磁相之间的交换耦合,随着铁磁相与反铁磁相的消失而消失。(2)微观形貌对交换偏置效应的影响采用脉冲激光沉积技术,在Pt/Ti/SiO_2/Si基片上制备了两种厚度为720nm的双层钙钛矿锰氧化物PSCMO薄膜,通过扫描电子显微镜的研究发现,这两种薄膜的表面形貌分别为均匀的多边形和三角形晶粒。通过对这两个薄膜的磁交换偏置效应的研究发现,薄膜的微观形貌会导致薄膜内部的铁磁、反铁磁成分有所不同,并对交换偏置效应产生一定的影响,但这种影响较薄膜厚度的影响会小很多。(3)超厚薄膜对交换偏置的影响采用脉冲激光沉积技术,在Pt/Ti/SiO_2/Si基片上制备了厚度达到了1.8μm的PSCMO薄膜,并研究了该薄膜中的交换偏置效应。当外加冷却场为7000Oe时,测量场为7000Oe,该薄膜的垂直方向与水平方向的交换偏置达到了2.9×10-4emu/cm2和-196Oe,并且该交换偏置具有很好的稳定性。我们推测随着薄膜厚度的增加,该薄膜材料也具有更强的结构各向异性,这种结构的各向异性是增强了薄膜中反铁磁相和铁磁相之间的耦合,产生更大的交换偏置的主要原因。
【学位授予单位】:河北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O484

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