【摘 要】
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近年来,由于过渡金属氧化物异质结具有丰富的物理特性,如磁邻近效应、交换偏置效应等磁耦合性能,受到科学家的广泛关注。异质结薄膜中的过渡族金属阳离子的d轨道电子配位体周围的环境和离子价态的变化,显著影响到界面处的电子结构,电荷的空间分布和轨道的重构。因此,功能氧化物异质结研究的关键问题是通过界面电荷,晶格,轨道和自旋等多种自由度之间的耦合和竞争实现新型磁有序相和各种磁耦合效应。但对于3d-4d或3d-
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近年来,由于过渡金属氧化物异质结具有丰富的物理特性,如磁邻近效应、交换偏置效应等磁耦合性能,受到科学家的广泛关注。异质结薄膜中的过渡族金属阳离子的d轨道电子配位体周围的环境和离子价态的变化,显著影响到界面处的电子结构,电荷的空间分布和轨道的重构。因此,功能氧化物异质结研究的关键问题是通过界面电荷,晶格,轨道和自旋等多种自由度之间的耦合和竞争实现新型磁有序相和各种磁耦合效应。但对于3d-4d或3d-5d的ABO3氧化物界面,相比于3d-3d离子,其轨道能量分离较大,相应的轨道杂化或轨道占位仍不清楚。4d过渡金属氧化物SrRuO3(SRO)是一种巡游性铁磁材料,在与3d过渡金属氧化物组成的异质结,其界面处巡游的4d轨道电子与3d轨道电子相互作用,使得异质结界面表现出丰富而新颖的物理性质。然而利用界面具体作用机制不同于3d轨道电子,目前提出的理论还有很大的局限性,这些都促使很多科研学者对3d/4d氧化物异质结的界面耦合表现出了浓厚的兴趣。本文对3d/4d氧化物异质结界面的磁性耦合进行研究,制备了具有巡游铁磁性的4d过渡金属氧化物钌酸锶(SrRuO3,SRO)和3d过渡金属镍酸盐氧化物(RNiO3,R=La,Sm,Nd)的异质结界面,4d轨道电子与3d轨道电子发生相互作用,产生电荷转移和轨道重构,使得异质结界面表现出不同于3d-3d异质结界面独特的磁耦合性能。论文主要内容如下:(1)采用脉冲激光沉积系统制备了不同取向钌酸锶(SrRuO3)和镍酸镧(LaNiO3,LNO)的单层薄膜。利用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)分析了薄膜的电子结构。并发现不同取向的SRO薄膜磁学性能、电学性能和热学性能对温度具有依赖性,以及在费米液体温度范围内磁学性能、电学性能和热学性能之间良好耦合。(2)利用脉冲激光沉积系统制备了一系列SrRuO3/LaNiO3外延超晶格薄膜,并观察到界面处SrRuO3具有高自旋态和强磁耦合。XLD结果表明,相比于单层薄膜,界面处电子轨道d3z2-r2占据占优。理论计算表明SrRuO3在费米能级以下的eg轨道的态密度的增强,这有助于增强SrRuO3的磁矩,进一步揭示了SrRuO3的高自旋态和界面磁耦合起源于轨道重构。研究表明,轨道占据与界面处的磁性能密切相关,从而扩展了轨道调制对磁性能耦合的自由度概念。(3)利用脉冲激光沉积系统制备了SrRuO3/NdNiO3和SrRuO3/SmNiO3超晶格薄膜,以进一步探究调控SrRuO3/镍酸盐的界面磁耦合效应。通过调控镍酸盐A位原子,实现了SrRuO3/Nd(Sm)NiO3超晶格薄膜磁学性能的调控。磁滞回线中分别发现了208 Oe和375 Oe的交换偏置场。ZFC-FC的磁化曲线表明,薄膜在低温下呈现类自旋玻璃行为。
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