La0.8Sr0.2MnO3超薄膜界面性质和低温绝缘相的研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:danble
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当锰氧化物薄膜的厚度减小到一定程度时,受界面附近复杂的晶体结构与电子结构的影响,薄膜经常表现出不同于块材的、新奇的物理特性。因此,深刻地认识界面附近的物理本质,对于锰氧化物薄膜的理论研究和实际应用都有着重要的意义。本论文以La0.8Sr0.2MnO3薄膜为研究对象,重点研究了薄膜的界面性质以及La0.8Sr0.2MnO3超薄膜在低温区域再次进入绝缘相的原因和物理机制。取得的主要研究结果如下:1.研究了SrTiO3衬底表面原子级平整的台阶对不同厚度La0.8Sr0.2MnO3薄膜物理性质的影响。实验结果显示,当La0.8Sr0.2MnO3薄膜的厚度小于50u.c.时,SrTiO3衬底表面原子级平整的台阶一方面促进了薄膜的层状外延生长,另一方面减小了薄膜在界面附近的结构畸变,因此极大地提高了薄膜的居里温度和金属导电性。随着薄膜厚度的不断增加,界面附近的结构畸变对薄膜输运性质的影响逐渐减弱,薄膜的输运性质逐渐增强,直至和块材性质基本一致。此时,界面处台阶对薄膜输运性质的影响就可以忽略不计了。以上结果对于生长在其他钙钛矿结构衬底上的锰氧化物薄膜而言,同样有重要的参考价值。2.对厚度介于6u.c和10u.c.之间的La0.8Sr0.2MnO3薄膜在低温下再次进入绝缘相的原因和物理机制做了系统的研究。通过拟合La0.8Sr0.2MnO3超薄膜R-T曲线的低温部分,我们发现其电阻与温度的关系符合Mott可变程跳跃模型(Mott-VRH),且薄膜的局域化长度ζ随厚度的减小而减小。这说明La0.8Sr0.2MnO3超薄膜中的电子被局域化了,从而导致薄膜在低温下再次进入绝缘相;且薄膜的厚度越小,电子的局域化效应越强。3.利用扫描透射电镜的明场成像技术(STEM-ABF)和电子能量损失谱(EELS),首次发现了La0.8Sr0.2MnO3薄膜中氧空位的含量随薄膜维度的降低而增加的现象。这一现象引起了La0.8Sr0.2MnO3超薄膜中Mn离子平均价态的降低,相当于减小了薄膜的有效掺杂,抑制了薄膜的双交换作用,从而导致薄膜磁性和金属导电性的减弱。以上结果表明,La0.8Sr0.2MnO3薄膜中的无序(如氧空位的含量和磁矩无序等)会随着薄膜维度的降低而增加,并引起电子的局域化,导致薄膜在低温下再次进入绝缘相。
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