La1-xSrxCoO3外延薄膜自旋态的应变效应

To fabricate La1-xSrxCoO3 films on different substrates and LaCoO3/SrTiO3 superlattice on SrTiO3 substrate using pulsed laserablation technique. To investigate the relationship between the magnetic property and film thickness, different substrates. To reveal the lattice strain effect on the magnetism of the films. To study the microstructure of the films using aberration-corrected high-resolution scanning transmission electron microscopy (STEM). To investigate the valence states and O vacancy contents at the bright and dark stripes. To reveal the electronic structures (spin states) of the Co ions combinng the magnetic property of the films. To establish corresponding structure models and reveal the mechanism of the magnetism of the films. To propose possible routes of manipulating the spin states of magnetic ions and lay a foundation of constructing spintronics devices.

利用脉冲激光沉积技术在不同衬底上分别外延生长LaCoO3和La1-xSrxCoO3薄膜及SrTiO3衬底上外延生长LaCoO3/SrTiO3超晶格薄膜，研究其磁性与膜厚、不同衬底之间的关系，揭示应力对薄膜磁性的影响。利用球差校正电镜研究薄膜的微观结构，研究暗条纹的分布情况及暗条纹与磁性之间的关联。探究明暗条纹处的Co离子的价态和O空位的含量，结合薄膜的磁性弄清明暗条纹处Co离子的电子结构（自旋态），建立相应的结构模型，揭示这类薄膜的磁性起源，提出调控磁性离子自旋态的可能途径，为构建自旋电子学器件奠定理论和实验基础。

在拉应变作用下的 La0.9Ca0.1CoO3 薄膜中研究发现，Ca2+ 离子掺杂后，LaCoO3 薄膜材料中的周期性排列的暗条纹消失，Ca2+ 离子的掺杂，减少了高自旋 Co3+ 离子的数量，减弱了超交换作用，从而减弱了薄膜的磁性。通过电子束辐照来精确地控制暗条纹的产生和数量及Co离子的价态和自旋态，成功调控了La0.9Ca0.1CoO3 薄膜材料的磁性。. LaCoO3(LCO)/SrRuO3(SRO)多层膜中，在LCO层和LCO/SRO的界面处，发现了水平方向的R.P.层错；当SRO层的厚度超过一定的临界值时，观察到SRO层内形成垂直于界面方向的层错。研究了层错的形成原因，并提出了相应的结构模型。. 在LCO/LSMO/LCO和LSCO/LSMO/LSCO三层膜中，发现界面处四面体与八面体的耦合导致MnO6八面体拉长，导致Mn 离子的eg电子优先占据d3z2-r2 )轨道。在低温下，通过自旋-轨道耦合，使自旋磁矩的方向沿面外方向，导致总磁矩的方向沿面外方向。在LSCO/LSMO/LSCO中，由于LSCO畴结构带来的不同的应力影响，导致LSMO发生对称性破缺，使得LSMO中的易磁化能提升了两个量级。. 在SrTiO3衬底上外延生长的[LaCoO3(x个单胞)/LaMnO3(11个单胞)]5超晶格(x=2, 16)中，发现随着 LCO厚度的增加，LMO通过与 LCO中的八(四)面体耦合发生了 c 轴从沿着面内方向到沿着面外方向的转变，并随着 LCO厚度的增加，MnO6八面体扭转程度增大，导致薄膜饱和磁矩的削弱。. 对LCO/LMO超晶格，LSCO/LSMO/LSCO三层膜和LCCO 单层膜薄膜体系进行电子束辐照，研究了2a0周期和3a0周期的暗条纹结构之间的动态演化。实验中常常观察到2a0周期与3a0周期暗条纹的共存及横向与竖向暗条纹的共存。基于形成能的大小确认了3a0周期暗条纹结构优先于2a0周期暗条纹结构出现，并得出具有相同周期的横/竖暗条纹结构的形成能十分接近。