钙钛矿锰氧化物薄膜中的动态晶格应变研究

晶格效应是钙钛矿锰氧化物薄膜体系中的核心物理问题之一。晶格微小的变形将引起电子结构、电荷轨道有序/无序以致电、磁物理特性等的连锁反应。本项目以动态晶格应变对锰氧化物薄膜的宏观物理特性及微观电子结构的影响为切入点，利用驰豫型铁电单晶衬底的反压电效应，通过外加偏置电场在外延薄膜中引入可连续变化的动态晶格应变。研究不同静态应变状态下，动态晶格应变在薄膜和异质结中的传递过程和分布规律及其对电子轨道占据、局域态密度、能带宽度乃至宏观磁、电特性的内禀影响规律，尝试获得电场调控的功能异质结。研究电荷轨道有序在动态晶格应变下对外界物理干扰（如磁场、电流、压力及光辐射等）的响应规律，获得对各类电荷轨道有序－无序过程进行多方位、多自由度控制的新方法，并在此基础上探索可能的器件应用。本项工作不仅可以澄清锰氧化物薄膜中晶格应变效应的内禀机制，而且对基于锰氧化物材料的人工结构功能器件的研究和设计也具有重要实际意义。

摘要（结题报告摘要）. 晶格效应是钙钛矿锰氧化物薄膜体系中的核心物理问题。本项目系统研究了ABO3 型钙钛矿锰氧化物薄膜体系的静态和动态晶格应变效应，通过调节A、B位离子价态、离子半径失配度获得具有不同能带结构特点、不同相分离特征的的钙钛矿锰氧化物薄膜，对比研究了静态、动态晶格应变、极化效应等因素对各类薄膜磁、电性质的内禀影响规律。1）利用驰豫型铁电单晶PMN-PT衬底显著的反压电特性，首次研究了动态晶格应变对钙钛矿锰氧化物构成的异质p-n结界面势垒和输运性质的影响，发现界面势垒高度随外加偏压增加线性下降，来源于应变调节引起的载流子释放，导致耗散层变薄，电子隧穿几率增加；2）将具有相分离特征的Pr0.7(Ca1-xSrx)0.3MnO3薄膜生长在(011)取向的铁电单晶PMN-PT衬底上形成异质结，首次获得电场可控的显著反常滞后(-17.5 K)和正的超大场致电阻效应(11460 %)，分析表明：基片上外加纵向电场引起的面内各向异性应变场传递到具有相分离特征的薄膜中，从而引起铁磁畴的择优占据所导致，本项工作首次阐明了相分离体系出现反常滞后和超大场致电阻效应的驱动力来自于面内各向异性应变场；3)研究了多种钙钛矿锰氧化物薄膜体系的静态晶格应变效应，仔细分析了应变、极化效应等因素对不同薄膜体系磁、电性质的影响规律。以上工作不仅加深了对相关基本问题的认识，相关研究结果对于设计新型功能电子器件具有重要实际意义。. 本项目按原计划执行，顺利完成并达到预期目标。研究成果发表 SCI 论文9 篇 ( 4 篇 APL )，申请发明专利 4 项，其中获专利授权 1 项，培养博士研究生 3 名，其中毕业 1 名。