垂直排列纳米复合La0.7Ba0.3MnO3:ZnO外延薄膜的制备及其物性研究

Vertically aligned nanocomposite (VAN) oxide thin films have recently attracted more and more attention owing to their novel architecture, vertical interfacial strain control and tunable functionalities. In this project, we will fabricate vertically aligned nanocomposite La0.7Ba0.3MnO3:ZnO epitaxial films by multi-target pulsed laser deposition method. In order to reveal the growth mechanism and realize its controlled growth, we first focus on the influence of preparation conditions on the microstructures of the films by careful characteristic. Because of the lattice mismatch between the film and substrate or the two phases, strain is natural generated during the heteroepitaxial growth, which play an important role in the properties of manganite films. Through the selection of substrates and its orientation, the strain in thin films can be systematically controlled. For the sake of better understanding the impact of lattice degree of freedom, we will discuss the relationship between the strain and physical properties in this broad band width manganite system. An enhanced low-field magnetoresiatance (LFMR) effect is usually induced by the structural disorders and spin disorders at grain boundaries and phase boundaries. We will optimize the preparation conditions to achieve large room temperature LFMR. And we will actively explore species of the secondary phase with different composition to study the coupling effect between the two phases in the films. The results of these investigations will help us to comprehend the complex phenomena in manganite and provide reference for the design and fabrication of new type of spintronics devices.

垂直排列纳米复合氧化物薄膜由于其结构的新奇性，垂直界面应力的可控性以及材料功能的可调性，为基础物理的研究和材料应用开辟了新的途径，逐渐引起人们的重视。本课题拟利用多靶脉冲激光沉积技术制备垂直排列纳米复合La0.7Ba0.3MnO3:ZnO外延薄膜，通过微结构的精细表征，研究制备条件对薄膜微结构的影响，揭示薄膜的微观生长机理，实现薄膜的可控制备；通过不同晶格常数、不同取向的衬底的选择，研究薄膜与衬底以及两相之间晶格失配造成的薄膜应变对宽带宽锰氧化物输运行为的影响，深化理解晶格自由度在锰氧化物体系中所起的作用；研究晶界和相界处的结构无序及界面处的自旋无序对体系低场磁阻效应的影响，优化制备条件，获得更大的室温磁阻效应；积极探索新型第二相材料，为研究两相之间的耦合效应奠定基础。研究结果将有助于认识锰氧化物中的复杂现象，为新型自旋电子器件的设计开发提供新的依据和选择。

垂直排列纳米复合氧化物薄膜由于其结构的新奇性以及材料功能的可调性，为基础物理的研究和材料应用开辟了新的途径，逐渐引起人们的重视。本项目利用复合靶材，在（001）取向的SrTiO3单晶衬底上，通过脉冲激光沉积制备了垂直排列纳米复合LBMO：ZnO外延薄膜，系统研究了ZnO对LBMO薄膜结构、磁电输运行为的影响。X射线反射法测量结果表明，所得薄膜厚度为70nm。扫描电镜（SEM）图片显示了ZnO和LBMO两相的共存。X射线精细结构表征表明，ZnO采用半极化的（011）取向，LBMO采用（001）取向且与SrTiO3衬底保持良好的共格外延关系。随ZnO含量的增加，薄膜饱和磁化强度有逐渐下降的趋势，这一方面与非磁性ZnO取代LBMO，致使单位体积磁性材料浓度下降有关，另外与ZnO/LBMO界面处Mn原子磁矩取向无序性增强有关。矫顽场是表征磁性材料性能的重要参数，磁滞回线结果证实，薄膜矫顽场随ZnO含量的增加逐渐上升，并有饱和趋势，这与ZnO介入引起的磁性区域尺寸下降有关。磁化强度温度曲线表明，所有样品均呈现顺磁铁磁转变，且转变温度随ZnO含量的增加而下降。同时，电阻率温度曲线表明，薄膜金属绝缘体转变温度随ZnO含量增加逐渐下降。这些结果表明，ZnO的引入可以有效调控薄膜的金属绝缘体转变温度以及铁磁顺磁转变温度，这为材料的器件化应用提供了前提。此外，我们研究了薄膜的磁阻效应，结果表明，少量ZnO的存在即可导致低场磁阻率的大幅增加，在3特斯拉磁场下，薄膜的最大磁阻率达70%以上。研究结果有助于认识锰氧化物中的复杂现象，为新型自旋电子器件的设计开发提供新的设计思路。