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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2018年
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过渡金属氧化物超导薄膜的制备及物性研究

贾艳丽  
【摘要】:在过渡金属氧化物中,LiTi_2O_4是唯一的尖晶石氧化物超导体,其超导转变温度可达13 K。本论文的主要工作是采用脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,PLD)技术,分别在不同衬底材料、不同衬底取向、不同生长温度和不同生长氧气压等条件下制备出了一系列高质量的LiTi_2O_4单晶薄膜,并对其结构和电输运性质进行了研究。另一个工作是制备了SrCoO_(2.5)/La_(2-x)Ce_xCuO_(4±δ)(LCCO)多层膜,研究了退火和界面应力对电子型铜氧化物LCCO薄膜超导电性的影响。主要内容如下:(1)利用PLD技术在SrTiO_3,KTaO_3和不同取向的MgAl_2O_4衬底上制备出外延的LiTi_2O_4薄膜,并研究了其电输运性质。我们发现各向异性面内磁电阻在温度低于100 K时表现出二重对称性。此外,样品的磁电阻在50 K时发生了从正磁阻到负磁阻的转变。我们认为正磁阻起源于轨道相关态,体系中存在的轨道序在磁场作用下引起轨道磁矩的涨落,从而增强了电子散射,导致正磁阻。当温度高于50 K时,LiTi_2O_4样品中局域的自旋涨落在磁场下被抑制,使散射减弱,电阻减小,从而出现负磁阻。我们在[110]和[111]取向的外延薄膜上得到的电输运性质和[00 1]取向薄膜的一致。(2)利用PLD技术制备了一系列不同氧含量的高质量LiTi_2O_4薄膜,并对其结构和电输运结果进行了分析。从X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)结果中发现随着氧含量的增加,c轴晶格常数显著降低。当氧含量增加到一定值后,c轴晶格常数不再变化,此时形成了新相。电输运测试结果表明:随着氧含量的增加,样品发生了从超导到绝缘的转变,结合XRD中c轴晶格常数的变化可知形成的这个新相是Li_4Ti_5O_(12)。利用球差校正透射电镜可以看出,LiTi_2O_(4-δ)样品内存在着大量氧空位,而Li_4Ti_5O_(12)样品具有完美的晶体结构。我们得出随着氧含量的变化,样品发生的超导-绝缘转变过程不仅仅和Li的化学计量比有关,还伴随着氧空位的填充和Li_4Ti_5O_(12)相的生成。(3)利用PLD技术在SrTiO_3衬底上制备了SrCoO_(2.5)/LCCO多层薄膜。通过XRD测试发现,随着多层膜周期数的逐渐增加,LCCO层的结构从T'相逐渐转变成T相,样品的电阻发生了从超导到绝缘的转变。由于LCCO材料的晶格常数远大于SrCoO_(2.5)材料,因此随着周期数的增加,LCCO层受到的面内压应力逐渐增大,从而使LCCO薄膜内的顶点氧更加稳定,不再受真空退火的影响。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O484;TB383.2

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