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脉冲激光沉积法制备CMR薄膜及其特性研究

脉冲激光沉积法制备CMR薄膜及其特性研究

作者：高国棉西北工业大学

学位级别：硕士

本文首先详细分析了在脉冲激光沉积(PLD)过程中激光对靶的烧蚀特性,同时考虑了激光光束的Gauss分布,靶的有限尺寸以及相变、对流和辐射造成的热损耗,采用有限差分法对激光烧蚀靶过程的温度场进行了数值模拟。选用La2/3Sr1/3MnO3靶材,计... 详细信息

本文首先详细分析了在脉冲激光沉积(PLD)过程中激光对靶的烧蚀特性,同时考虑了激光光束的Gauss分布,靶的有限尺寸以及相变、对流和辐射造成的热损耗,采用有限差分法对激光烧蚀靶过程的温度场进行了数值模拟。选用La2/3Sr1/3MnO3靶材,计算得到了表面及内部的温度分布,同时得到了沉积大面积均匀薄膜所需要的激光能量密度应该为2-5 J/cm2,这一结论为PLD技术制备高质量的氧化物薄膜提供了理论依据。用固相反应法和PLD技术成功制备了钙钛矿锰氧化物(包括空穴掺杂型的La1/3(Ca2/3Sr1/3) 2/3MnO3(LCSMO)、电子掺杂型的La0. 9Zr0. 1MnO3) 的块状晶体和薄膜。XID测试表明两种方法制备的样品均为畸变的钙钛矿正交结构。LCSMO薄膜的电阻-温度变化曲线表明该样品具有负磁阻效应,且在液氮温度以上呈现类半导体特性。推测该样品的金属-绝缘体转变温度TP可能在77K以下。La0. 9Zr0. 1MnO3块材存在磁电阻效应,TP点在118K左右。在磁场为0. 7T时的磁电阻值(MR)约为47. 5%,显示了低场磁电阻效应。

关键词：脉冲激光沉积(PLD) 温度场 CMR效应钙钛矿结构

层状钙钛矿LaSr_2Mn_(1.9)Cu_(0.1)O_7的结构及磁电特性研究

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功能材料 2007年第6期38卷 942-944页

作者：韩立安陈长乐高国棉西北工业大学理学院陕西西安710072

利用固相反应烧结法制备了层状钙钛矿锰氧化物LaSr2Mn1.9Cu0.1O7多晶。用X射线衍射仪、超导量子干涉仪、直流四探针法对其结构和磁电特性进行了研究。结果表明,样品为Sr3Ti2O7型单相多晶,属四方晶系,空间群为I4/mmm,晶胞参数为a=0.38708... 详细信息

利用固相反应烧结法制备了层状钙钛矿锰氧化物LaSr2Mn1.9Cu0.1O7多晶。用X射线衍射仪、超导量子干涉仪、直流四探针法对其结构和磁电特性进行了研究。结果表明,样品为Sr3Ti2O7型单相多晶,属四方晶系,空间群为I4/mmm,晶胞参数为a=0.38708nm,c=1.99772nm。此材料呈现出一种典型的自旋玻璃特性,在T=225K发生自旋冻结。Cu的替代破坏了体系的铁磁交换作用,并引入超交换作用。电性测量表明,此材料呈现出颗粒间磁电阻效应且在整个观察的温区样品呈现绝缘体特性,其输运特性属于最近邻小极化子跃迁。

关键词：层状钙钛矿自旋玻璃小极化子

庞磁电阻薄膜La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3的制备和输运特性

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材料研究学报 2006年第6期20卷 587-590页

作者：陈钊陈长乐温晓莉高国棉西北工业大学理学院西安710072

用溶胶-凝胶法在LaAlO_3衬底上制备了La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜,研究了La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜的结构和输运特性．结果表明：La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜呈现畸变钙钛矿结构,具有好的外延性；在同一温度下,电阻在磁场作用下变... 详细信息

用溶胶-凝胶法在LaAlO_3衬底上制备了La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜,研究了La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜的结构和输运特性．结果表明：La_(0．7)Ca_(0．3)MnO_3薄膜呈现畸变钙钛矿结构,具有好的外延性；在同一温度下,电阻在磁场作用下变小,在283K和88K分别出现了金属-绝缘体转变,产生了双极值现象,并且在双极值附近电阻变化最大；用连续激光作用薄膜时,同样出现了双极值现象,在同一温度下,电阻反而变大,在升温和降温过程中出现了明显的滞后行为．根据双交换和小极化子理论,这些现象与Mn离子的e_g电子受激跃迁有关．

关键词：无机非金属材料庞磁电阻双交换小极化子溶胶-凝胶

缺氧La_(0.6)Ca_(0.4)MnO_(3-δ)薄膜的光响应特性

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光学学报 2007年第10期27卷 1901-1904页

作者：严资杰袁孝高国棉金克新陈长乐华中科技大学光电子科学与工程学院武汉430074 西北工业大学理学院西安710072

采用波长均为532 nm的连续激光和脉冲激光研究了缺氧La0.6Ca0.4MnO3-δ(LCMO)薄膜的光响应特性。分析了在金属态和绝缘态时,缺氧对LCMO薄膜光响应的不同影响。在脉冲宽度7 ns、峰值功率750 mW的脉冲激光作用下,缺氧LCMO薄膜在室温下呈... 详细信息

采用波长均为532 nm的连续激光和脉冲激光研究了缺氧La0.6Ca0.4MnO3-δ(LCMO)薄膜的光响应特性。分析了在金属态和绝缘态时,缺氧对LCMO薄膜光响应的不同影响。在脉冲宽度7 ns、峰值功率750 mW的脉冲激光作用下,缺氧LCMO薄膜在室温下呈现出明显的光响应信号,其光电导增大36.4%,上升时间约30 ns。由于光子能量大于LCMO的禁带宽度,光子注入在薄膜中产生了电子-空穴对,而电子很容易被氧空位俘获,从而在薄膜中产生大量额外的空穴载流子,大量的空穴载流子可能诱发局域绝缘-金属相变,从而在薄膜中产生明显的光电导效应。实验显示出缺氧钙钛矿薄膜在光电器件上的巨大应用潜力。

关键词：薄膜钙钛矿薄膜光响应氧缺陷庞磁电阻

La_(0.9)Sr_(0.1) MnO_3薄膜中电流效应研究

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物理学报 2007年第8期56卷 4920-4923页

作者：罗炳成陈长乐高国棉金克新韩立安西北工业大学理学院西安710072

用直流磁控溅射法在(100)LaAlO3衬底上制备了La0.9Sr0.1MnO3薄膜.经退火处理后薄膜的原子力显微镜形貌观测和X射线衍射分析显示具有比较好的质量.电阻率-温度关系表明La0.9Sr0.1MnO3薄膜在281K处发生金属绝缘体转变.电流在0.01—4mA范围... 详细信息

用直流磁控溅射法在(100)LaAlO3衬底上制备了La0.9Sr0.1MnO3薄膜.经退火处理后薄膜的原子力显微镜形貌观测和X射线衍射分析显示具有比较好的质量.电阻率-温度关系表明La0.9Sr0.1MnO3薄膜在281K处发生金属绝缘体转变.电流在0.01—4mA范围内,薄膜的峰值电阻率随电流增大而减小,在4mA下获得了30.5%的峰值电阻率变化率,并从相分离图像给出了简单解释.

关键词：掺杂锰氧化合物 La0.9Sr0.1MnO3薄膜电流诱导效应相分离理论

室温下Pr_(0.7)Ca_(0.3)MnO_3薄膜的瞬态光响应特性

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物理学报 2007年第10期56卷 6080-6083页

作者：严资杰袁孝徐业彬高国棉陈长乐华中科技大学光电子科学与工程学院武汉430074 西北工业大学理学院西安710072

在室温下利用波长532nm,脉冲宽度7ns的纳秒脉冲激光研究了不同电压和激光能量密度作用下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性.在激光能量密度为275.16mJ/cm2时,其最大电阻变化率达到92.3%,响应时间约36ns.室温下电压变化对薄膜的光响应... 详细信息

在室温下利用波长532nm,脉冲宽度7ns的纳秒脉冲激光研究了不同电压和激光能量密度作用下Pr0.7Ca0.3MnO3薄膜的瞬态光响应特性.在激光能量密度为275.16mJ/cm2时,其最大电阻变化率达到92.3%,响应时间约36ns.室温下电压变化对薄膜的光响应特性影响不大,而诱导光能量密度的影响则很明显,能量密度越大,电阻变化越大,响应时间越短,并且电阻变化和响应时间均与激光能量密度呈非线性关系.这种光响应来源于薄膜中的光致非稳态绝缘体-金属相变,有望在新型光电器件上获得应用.

关键词：光响应钙钛矿薄膜绝缘体-金属相变

脉冲激光沉积La_(1/3)(Ca_(2/3)Sr_(1/3))_(2/3)MnO_3薄膜结构及输运特性的研究

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稀有金属材料与工程 2005年第12期34卷 1854-1856页

作者：王永仓陈长乐高国棉陈钊李润玲宋宙模西北工业大学陕西西安710072 空军工程大学陕西西安710052

采用PLD法在LaAlO_3(012)单晶衬底上外延生长了高、双掺杂La_(1／3)(Ca_(2／3)Sr_(1／3))(2／3)MnO_3(LCSMO)薄膜。薄膜的X射线衍射谱表明,薄膜具有钙钛矿赝立方结构,且具有(012)方向的择优取向；用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行了... 详细信息

采用PLD法在LaAlO_3(012)单晶衬底上外延生长了高、双掺杂La_(1／3)(Ca_(2／3)Sr_(1／3))(2／3)MnO_3(LCSMO)薄膜。薄膜的X射线衍射谱表明,薄膜具有钙钛矿赝立方结构,且具有(012)方向的择优取向；用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行了分析,发现薄膜表面相对比较平坦；在密封的液氮杜瓦瓶里用四探针法对薄膜的输运特性进行了测试,电阻-温度试验曲线表明,在温度77K～400K的范围内薄膜呈现类半导体特性,没有金属-绝缘体转变温度(T_(Ml))出现；薄膜的红外透射谱在606cm^(-1)处有一个很强的吸收峰,由红外透射谱计算出光学能隙E_(opt)大约为0.7eV,薄膜的光学折射率为1.373。分析认为LCSMO薄膜的类半导体特性是由于A离子半径变化引起晶格畸变造成的。

关键词：脉冲激光沉积(PLD) LCSMO薄膜钙钛矿结构

La_(0·82)Te_(0·18)MnO_3薄膜的输运特性和光诱导效应

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物理学报 2006年第12期55卷 6617-6621页

作者：王建元陈长乐高国棉韩立安金克新西北工业大学理学院西安710072

用脉冲激光沉积法制备了非金属Te掺杂的钙钛矿锰氧化物La0·82Te0·18MnO3单晶薄膜.该薄膜从83K升温至373K过程中发生金属-绝缘体相变,转变点温度为283K.其电阻率在TTMI时为小极化子输运.薄膜在低温段连续激光(波长为532nm,40mW)作用下... 详细信息

用脉冲激光沉积法制备了非金属Te掺杂的钙钛矿锰氧化物La0·82Te0·18MnO3单晶薄膜.该薄膜从83K升温至373K过程中发生金属-绝缘体相变,转变点温度为283K.其电阻率在TTMI时为小极化子输运.薄膜在低温段连续激光(波长为532nm,40mW)作用下电阻率显著增大,电阻变化率在253K达到最大值51·1%,该变化率远大于相同条件下的空穴掺杂材料;在高温段产生了较小的光电导,电阻变化率小于10%.这些现象主要与激光激励下自旋系统和小极化子的变化有关.La0·82Te0·18MnO3薄膜在激光诱导下具有明显的与自旋相关的弛豫现象.激光开始作用时薄膜电阻率随时间的变化符合指数关系.

关键词： La0.82Te0.18MnO3 薄膜光诱导输运特性电子掺杂

La_(0．9)Ce_(0．1)MnO_3薄膜的输运特性和光诱导效应

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无机材料学报 2007年第5期22卷 1011-1014页

作者：高国棉陈长乐邓小龙韩立安王永仓西北工业大学陕西省凝聚态结构与性质重点实验室西安710072

用脉冲激光沉积(PLD)法制备了钙钛矿锰氧化物La_(0.9)Ce_(0.1)MnO_3(LCEMO)单晶薄膜.X射线衍射分析表明,薄膜具有钙钛矿赝立方结构,且沿(100)方向择优生长;电阻-温度关系给出其存在金属-绝缘体相变和庞磁电阻(CMR)效应,相变温度(T_(MI))... 详细信息

用脉冲激光沉积(PLD)法制备了钙钛矿锰氧化物La_(0.9)Ce_(0.1)MnO_3(LCEMO)单晶薄膜.X射线衍射分析表明,薄膜具有钙钛矿赝立方结构,且沿(100)方向择优生长;电阻-温度关系给出其存在金属-绝缘体相变和庞磁电阻(CMR)效应,相变温度(T_(MI))为213K;在0.1T的磁场下,其磁电阻峰值为38.5%,对应的温度为153K;其电阻在低温区满足R=R_0+R_1T^2+R_2T^(4.5),在高温区符合小极化子输运.薄膜在绿激光(532nm,40mW)作用下T_(MI)向低温方向移动;这主要是由于激光激励下体系的自旋发生了变化.且电阻与时间的变化曲线满足关系:R(t)=R_0+Aexp(—t/r),说明薄膜在激光作用下具有明显的与自旋相关的弛豫现象.

关键词： LCEMO薄膜光诱导输运特性电子掺杂