Sr2MoCrO6薄膜的制备及其电磁性能研究

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双钙钛矿氧化物具有很多特殊的物理现象,如超导、金属导电、低磁矫顽场、室温铁磁、晶界隧穿磁阻等,在自旋电子学领域发挥潜在的应用价值。双钙钛矿氧化物是一个研究相对比较少的领域,因此本文研究了铬基双钙钛矿材料Sr2Mo Cr O6(SMCO)薄膜的生长工艺和电磁性能。采用(001)取向的钛酸锶单晶衬底,通过优化生长工艺条件,采用脉冲激光沉积法制备出高质量的Sr2Mo Cr O6薄膜样品,并且测试了其电磁性能。获得的主要研究结果如下:(1)研究了不同的沉积工艺条件下生长薄膜的物性,通过测试不同生长条件的薄膜样品的电输运性能,确定了薄膜的最佳制备工艺条件:腔室真空度为5×10-5Pa,激光单脉冲能量为90 m J,衬底温度为775oC。在最佳工艺条件下沉积的薄膜样品,结晶质量和导电性能优异:薄膜的X射线摇摆曲线半高宽为0.048o;薄膜在室温及低温表现出良好的金属导电行为,并且在低温条件下出现巨磁阻现象。(2)研究了最佳的工艺条件下制备的不同厚度(6-216 nm)薄膜样品的结构和电输运性能。外延生长的薄膜具有优异的结晶质量:其X射线摇摆曲线最小半高宽为0.04o,薄膜表面均方根粗糙度最小为0.2 nm。通过霍尔效应测试,我们得出薄膜的载流子浓度范围介于1021-1023cm-3之间,迁移率介于10~2-10~4cm~2/Vs之间。对72 nm的薄膜样品磁性测量显示,薄膜样品具有亚铁磁性,其亚铁磁有序温度高于380 K。通过第一性原理计算,我们发现薄膜为载流子完全自旋极化的半金属。在厚度为72 nm的Sr2Mo Cr O6薄膜中,我们发现了巨磁阻效应,磁阻值在温度为2 K时和磁感应强度为14 T时达到1600%。在足够大的磁场中,高迁移率的电子在SMCO中形成回旋加速轨道运动,而且回旋轨道会在电场中漂移并形成电流。由于SMCO的半金属能带结构,在薄膜中存在磁畴,自旋极化的电子回旋轨道在漂移至磁畴壁附近时,自旋-自旋相互作用限制了电子回旋轨道穿透畴壁,使其绕磁畴漂移。在电场和磁场均存在的情况下,这种复杂的电子轨道漂移运动致使SMCO薄膜表现出线性磁阻的现象。
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