钙钛矿锰氧化物上传.

RHEED衍射图样
在研究晶体生长、吸附、表面缺陷等方面有很大的帮助， 是当今表面科学和原子级的人工合成材料工程中的强有力 的原位分析与监控的手段。特别是在分子束(MBE) 外延技 术中,利用RHEED 进行原位监测是一个重要手段。
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对于低值电阻，采用可消除接 触电阻和引线电阻的测量方 法——四端法（Four Probe Method）进行测量。 四端法通过测量待测电阻两端 电压和流经的电流来确定数值 的，具有直接，且克服触点电 阻和引线电阻等特点，适用于 各类电阻的测量，尤其是低值 电阻的测量。 基本特点：恒流电源通过两个 电流引线极将电流供给待测低 值电阻，而数字电压则通过两 个电压引线来测量由恒流电源 所供电流而在待测低值电阻上 所形成的电位差Ux。
苏州科技学院数理学院开题汇报
钙钛矿锰氧化物外延薄膜的 量子调控现象
汇报人： 专业： 导师： 2014年4月25日
汇报提纲：



选题背景及意义 国内外的研究动态及发展趋势 研究内容 研究方法 可能遇到的困难与问题 实验进度安排 预期效果
选题背景及意义

近年来钙钛矿型过渡族金属 氧化物材料一直是凝聚态物 理和材料科学关注的焦点。 通过对钙钛矿锰氧化物薄膜 的电荷分布、自旋极化、轨 道耦合等量子态的调制，可 操控这类材料体系中的相转 变和新奇物性，对发展新一 代的氧化物功能器件具有重 大意义。



近年人们尝试用压电效应优秀的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3PbTiO3 (PMN-PT)晶体，~0.06%的晶格畸变获得了~10%的 调制深度，这一方法的局限性在于调制深度不够大且调制 速度有限。（应力场）
研究内容
外延薄膜生长：激光分子束外延
薄膜样品结构、形貌表征、优化薄膜
光场——电致电阻
下一内容
激光分子束外延系统的结构

激光系统 真空淀积系统: 由进样室、生长室、涡轮分子泵、离子泵 等组成

原位实时监测系统: 配备有反射式高能电子衍射仪 (RHEED)、薄膜厚度测量仪、四极质谱仪、光栅光谱仪或X
射线光电子(XPS)谱仪等

计算机精确控制, 实时数据采集和Байду номын сангаас据处理系统
激光分子束外延过程
四端法
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可能遇到的困难与问题
关联系统中多种有序相之间的竞争和量子 相变，包括电子或原子的电荷密度、自旋和 轨道自由度的相互作用与竞争所导致的非常 规超导态及赝能隙效应；电荷与自旋的量子 霍尔效应；超流体、金属与绝缘体之间的相 变，对量子调控都有较大的影响。
实验进度安排
预期效果



（1）实现对原子级超薄层薄膜生长的精准 控制，以获得对锰氧化物效应最大量子调 制。 （2）获得场效应下具有显著静电场和磁场 响应特性的复合体系，深入研究其内禀特 征与静电场和外磁场关系。 （3）探索实用的电场、磁场、光场敏感的 新型器件。
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高能电子衍射（RHEED）
反射高能电子衍射仪 （reflection high-energy electron diffraction）：由高能电子枪和 荧光屏两部分组成。 从电子枪发射出来的具有一 定能量(通常为10 - 30kev) 的电 子束以1 - 2°的掠射角射到样 品表面。电子垂直于样品表面 的动量分量很小,又受到库仑场 的散射,所以电子束的透入深度 仅1 - 2 个原子层, 因此RHEED 所反映的完全是样品表面的结 构信息。

Ponnambalam 等人报道，外加偏置电流可融化绝缘的电荷 有序态，使其转变为铁磁金属态。 Markovich 等人在La0.82Ca0.18MnO3单晶中观察到0.3mA电 流引起的场致电阻（ER）幅度相当于1.5T 的磁电阻（MR） 幅度，揭示了ER和MR的对应关系。


日本的相关研究小组通过X 射线或者激光在Pr0. 7 Ca0. 3 MnO3 单晶中诱导出绝缘体-金属相变现象。（光场） 中国物理所先后在锰氧化物中观察到超快光电响应、纵向 和横向光电效应。（光场） La0.7Sr0.3MnO3在压应力下，其金属-绝缘体相变温度从365 K 剧减为270 K 。（应力场）

人们在La1-xCaxMnO3 (0.2<x<0.5)薄膜内发现存在着绝缘相 与铁磁金属相共存的行为，即相分离现象，所以 (LCMO) 薄膜成为研究电流诱导的电致电阻效应的一种很好的选择。 Wu 等人研究了锰氧化物场效应管的电磁响应，发现CER 和CMR效应是互补的，并且强烈支持渗流相分离机制。

脉冲激光源是与超高真空系统隔 离的，脉冲激光束通过一个光学 窗口进人真空系统人射到可旋转 的靶材表面，使靶材局部气化产 生激光焰，被剥蚀的粒子获得很 高的动能,到达可加热的衬底表 面形成薄膜。在L-MBE系统中, 衬底温度、激光能量、激光斑的 形状与尺寸、激光焰与衬底的距 离、靶的密度和表面质量、靶的 旋转速度等都可以调节, 从而可 获得最佳的工艺参数。
量子调控
磁场——磁电阻
光场——光电效应 应力场——膜厚/PMN-PT
图为AMn03钙钛矿结构， 进而衍生出掺杂的RE1-xAExMnO3。 RE表示三价的稀土金属，如：La，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd， Tb，Y等。 AE表示二价的碱土金属，如Ca，Br，Sr等。 在这些掺杂的锰氧化物结构中，RE或者AE占据了晶格的 顶点位置，Mn占据晶格的体心位置，而O占据六个面的面心 位置形成Mn06八面体结构。

关于钙钛矿锰氧化物的研究不仅极大地丰富了凝聚态物 理的内涵，同时也推动了自旋电子学和强关联电子器件 研究的发展。 至今还没有比较完整的理论来解释该金属氧化物体系中 各种现象的物理本质，其原因是该体系中存在的各种相 互作用过于复杂，因此关于钙钛矿型锰氧化物的更多实 验研究是非常必要的。
国内外研究动态和发展趋势
研究方法



样品制备：利用脉冲激光分子束外延技术 (Laser MBE) 外延生长几个单胞厚度的锰氧化物薄膜，以 形成低维薄膜。 样品的结构特征分析：用高能电子衍射（RHEED） 实时监测样品的生长与成相 量子调控行为的测量：标准四端法 利用扫描隧道谱手段研究不同体系、不同厚度样 品中各分离相的大小、形状、空间分布、导电性 质以及对磁场、静电场、偏置电流的响应关系 分析处理实验数据