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具有极性差异的钙钛矿氧化物异质结中磁性的研究

中文摘要

钙钛矿型过渡金属氧化物异质结因其丰富的物理性能而受到广泛关注，例如金属绝

缘体转变、超导特性等。当不同的材料组成异质结时，其界面处的耦合作用会影响材料

内部各自由度之间的平衡，从而表现出异于块材本身的独特现象，为新型功能氧化物电

子器件的研发奠定了基础。异质结界面的影响因素有很多，例如，界面处的原子重排以

及电荷转移等。两种具有极性差异的材料组成异质结时，界面处会产生极性不连续。随

着极性层厚度的增加，体系中的静电势也将持续增大，异质结的稳定性随之降低。为了

消除这种影响，极性不连续将驱动界面处的电荷转移导致界面重构，异质结表现出新奇

的物理现象。例如在LaAlO/SrTiO，当两个绝缘材料组成异质结时，极性不连续导致

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LaAlO/SrTiO界面处具有导电性质。此后，更多有趣的现象在这一界面陆续被发现。

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这些特性在场效应器件、高速高效传感器以及非易失性存储器等小型电子器件中展示出

广阔的应用前景。无限层状结构的铜基氧化物，作为极性材料中的代表物质，因其独特

的轨道构型引起高温超导的现象而受到大量关注。但是，对它的磁性研究较少，所以，

本论文主要集中研究SrCuO与不同种类的钙钛矿氧化物组成异质结时，因极性而导致

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SrCuO结构转变并对其磁性的影响。以及以LaMnO与不同极性的材料组成超晶格，探

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究极性界面与非极性界面分别对物理性能的影响。

(1)采用具有反射高能电子衍射的脉冲激光沉积系统，在原子级平整的SrTiO(001)

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衬底上制备了一系列高质量的超晶格。实验中，改变SrCuO层厚度的同时且保持LaCoO

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层厚度不变，并且对其形貌进行表征，结果表明LaCoO/SrCuO粗糙度小，外延生长质

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量高。在磁性测试方面，观测到极性层SrCuO厚度不同时，超晶格表现出来的交换偏

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置效应增长趋势也不同。SrCuO的厚度较薄时，LaCoO/SrCuO的交换偏置场缓慢递增。

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随着SrCuO厚度的增加，LaCoO/SrCuO的交换偏置场出现陡然倍增的现象。进一步

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的XPS测试结果表明在界面处的Co与Cu价态发生变化，离子之间存在电荷转移。

(2)为了比较不同铜基氧化物异质结在SrCuO结构转变下对磁性的影响，SrCuO

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与不同种类的钙钛矿型过渡金属氧化物组成超晶格，在脉冲激光沉积系统生长了

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LaCaMnO/SrCuO的超晶格，当减薄SrCuO的厚度时，体系为了消除因为极性不连

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续而积累的静电势，结构会从层状结构变为链状结构。通过磁性测试发现，SrCuO的厚

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度小于5u.c.时，LaCaMnO/SrCuO的交换偏置随着SrCuO的厚度的增加而减小，

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