铜氧化物超导体与锰氧化物铁磁体低维结构界面性质的研究

本项目拟利用脉冲激光沉积（PLD）的方法结合高气压反射式高能电子衍射仪（RHEED）生长高品质的界面原子级光滑、化学成分清晰、数字单胞层层厚的铜氧化物超导体和锰氧化物铁磁体的双层、三层、以及多层超晶格异质结构，以输运性质测量为主要手段，如动态微分电导测量等，并结合x射线和中子散射等结构和自旋表征技术研究其界面的相互作用，探寻新的界面量子态，例如界面电荷扩散形成的电子掺杂型超导层，或者界面自旋散射翻转形成的非常规自旋三态配对的超导层，并且探讨其它类自旋阀现象及其可能的应用。

以高气压RHEED实时监测为辅助手段，分别优化La2-xSrxCuO4（LSCO）、YBa2Cu3O7-delta（YBCO）和La0.67Ca0.33MnO3（LCMO）单层薄膜的外延生长，明确薄膜以layer-by-layer和step-flow两种模式生长所对应的生长条件。例如通过间歇式生长方式，保证LSCO在(001) 取向的LaAlO3（LAO）基片在5分钟的生长过程中始终保持每半个晶胞层为一个周期的RHEED强度振荡，生长速率0.145nm/min。实现薄膜表面和界面的精细调控，制备了多种高质量的多层异质外延结构，如STO基片上不同掺杂浓度x的LSCO单层薄膜系列（x=0~0.375之间变化，步长1/16，共7个样品），LCMO(10nm) / LSCO(x=0.15, 40nm) 双层膜（Tc~24 K）（或者LSCO(x=0.15, 40nm) / LCMO(10nm)双层膜，Tc~14 K），及LCMO(10nm) / LSCO(Xnm) / LCMO(10nm) 三明治结构系列（X=40，60，80 nm）等。同时，研究了(110) 取向的STO和LAO基片上YBCO薄膜和LCMO薄膜各自的最优层状生长条件。在STO(110)上以相近生长条件制备了数十片LCMO(20nm) / YBCO(20nm) 和YBCO(20nm) / LCMO(20nm) 双层薄膜样品。对如上所述样品都进行了初步的结构和磁性质以及输运性质的表征。在成功制备如上样品的基础上，在以下几个方面取得了研究进展：1. 升级了已有PLD-RHEED设备的电子枪高压电源，并搭建了一套全新的配备高气压RHEED的PLD系统；2. 研究了(110) 取向的LCMO薄膜在不同失配应力作用下的磁、电各向异性；3. 发现对STO (110) 基片上生长的LCMO/YBCO双层膜，界面粗糙度对其超导电性有极大影响，并对此进行了深入探索；4. 探讨了LAO(001) 基片上LCMO外延薄膜PHE和AMR现象及其与失配应力的关系；5. 研究了低能H2+离子注入对锰氧化合物薄膜物性的改变；6. 利用离子液体双电荷层场效应调节La0.325Pr0.3Ca0.375MnO3薄膜中的相分离；7. 进行了5d电子的Sr-Ir-O薄膜制备及性质研究。