Получение тонких пленок легированных манганитов лантана методом магнетронного распыления. Их структурные и транспортные свойства

• Автор: Шматок, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
1. СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННЫХ МАНГАНИТОВ ЛАНТАНА
1.1 Кристаллическая структура
1.1Л. ЕаМпОз
1.1.2. Твердые растворы замещения
1.2. Электронная структура
1.2.1 Ионная мод ель
1.2.2. Зонная модель
1.3 Магнитные свойства
1.3.1. Магнитная структура
1.3.1.1. ЕаМпОз
1.3.1.2 Ьа1.хСахМпОз
1.3.1.3 Рг1_хСахМпОз
1.3.2. Температура Кюри
1.3.3. Намагниченность
1.3.4. Магнитная восприимчитъ.!Д:.Д Д
1.3.5. Влияние давления и эффект магнитострикции
1.3.6. Фазовые переходы, вызванные наложением
магнитного поля
1.3.7. Модели
1.3.7.1 Магнитные свойства слаболегированной области:
0<х<0
1.4 Транспорт: проводимость и магнетосопротивление
1.4.1 Влияние степени легирования
1.4.2 Переходы, вызванные изменением температуры
1.4.3. Магнетосопротивление
1.4.4. Парамагнитная область
1.4.5. Эффект Яна-Теллера
1.5 Тонкие плёнки
1.5.1. Влияние размерного несоответствия параметров
решеток пленки и подложки
1.5.2. Вклад границ в транспорт, рост на бикристаллах
1.6 Основные методы получения образцов
1.6.1. Керамика
1.6.2. Монокристаллы
1.6.3. Тонкие пленки
2. МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЁНОК ЬаоДСа, 8г)0,3МпО3 НА РАЗЛИЧНЫХ ПОДЛОЖКАХ. МЕТОДИКИ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Метод приготовления мишеней для роста тонких пленок методом ионно-плазменного распыления
2.2. Метод ионно-плазменного распыления в системе сдвоенных катодов
2.3. Методы исследования тонкоплёночных образцов
3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РОСТА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ТОНКИХ ПЛЁНОК ЛЕГИРОВАННЫХ МАНГАНИТОВ ЛАНТАНА
НА ИХ МАКРО- И МИКРОСТРУКТУРУ
4. ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ТОНКИХ ПЛЁНОК Ьа,.х(Са, 8г)хМп03, х=0
5. ПОЛИКРИСТАЛЛЧЕСКИЕ ТОНКИЕ ПЛЁНКИ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Интерес к манганитам со смешанной валентностью марганца усилился в 1990-х годах - вслед за открытием эффекта большого магнетосопротивления в тонких пленках: после оптимизации процессов роста удалось получить тонкие пленки, в которых вблизи температуры Кюри наблюдался эффект колоссального магнетосопротивления (КМС). В этом же температурном интервале в материале происходит смена типа проводимости - в эксперименте это проявляется в смене знака производной dRJdT при некоторой температуре Тм (dR/dT>0 при Т<Тм). В совершенных образцах манганитов (монокристаллах) при низких температурах обнаруживается металлическая проводимость.
Исходное соединение ЬаМпОз является антиферромагнитным изолятором. Частичное замещение La, который в данном соединении имеет степень окисления 3+, двухвалентными ионами или вакансиями приводит к росту проводимости, появлению спонтанной намагниченности и эффекту колоссального магнетосопротивления вблизи температуры Кюри.
Механизм эффекта колоссального магнетосопротивления до сих пор остаётся неясным. Традиционно, транспорт в легированных манганитах лантана объясняется в рамках модели двойного обмена, предложенного Зинером /1/. Модель была построена в предположении, во-первых, сильного хундовского взаимодействия подвижного носителя с ионным остовом и, во-вторых, сохранения носителем спина при перескоке между ионами, вследствие чего вероятность прыжка максимальна при параллельной ориентации спинов ионов. Обменное взаимодействие между ионами марганца осуществляется через промежуточный анион кислорода. При неколлинеарности спинов Мп или изгибе угла связи Мп-О-Мп, перенос электрона затруднен и подвижность носителей уменьшается, т.е. существует связь между проводимостью и ферромагнетизмом /1/. При этом интеграл переноса t:
t=to cos(0/2),
где 0 - угол между двумя направлениями спина соседних ионов /2/. Наложение внешнего магнитного поля, уменьшает угол 0, увеличивая тем самым интеграл

вызвать переход из состояния со скошенным ферромагнетизмом в ферромагнитное, например АВ —» В (см. рис 1.5). Эти переходы происходят в том случае, когда ферромагнитное состояние с намагниченностью М] энергетически находится чуть выше неферромагнитного состояния с намагниченностью М2, причем эта разница настолько мала, что ферромагнитное состояние может быть стабилизировано магнитной энергией -jUoHfMj-M. Переходы, в основном, являются фазовыми переходами первого рода, с довольно большим гистерезисом и часто сопровождаются разрушением зарядового упорядочения /68/. Ферромагнитное, зарядово-неупорядоченное состояние обычно обладает металлическим типом проводимости, поэтому при переходах наблюдается значительное магнетосопротивление.
В системе Lai.xSrxMn03 в области слабого легирования (малые х) фазовая граница раздела O’-R (орторомбическая-ромбоэдрическая) пересекает комнатную температуру в области концентрации легирующего элемента, где происходит смена магнитного порядка со скошенного антиферромагнитного на ферромагнитный /69/. Скошенная антиферромагнитная фаза - неметаллическая /70/ (см. рис. 1.10). Для х=0,175 структурный переход происходит при температуре 285К, а температура магнитного упорядочения О’ фазы 264К. Причем наложение магнитного поля в несколько тесла инициирует 0’—>R структурный переход /71/. Это состояние было смоделировано с помощью уравнения Ландау для свободной энергии, включающего параметры порядка М (намагниченность) и Q (решеточные искажения).
Соединения с уровнем легирования х=0,5, как уже упоминалось, сначала при охлаждении претерпевают переход в ферромагнитное состояние (Тс) и затем, при более низкой температуре ТСо в них происходит фазовый переход первого рода в зарядово-упорядоченную антиферромагнитную фазу. Эти температуры равны 265К, 140К для РгоГоМпОз /72/ и 255К, 158К для ШоГоМпОз (см. рис. 1.11) /73/. Обе фазы обладают О’ орторомбической структурой, но ор-торомбическое искажение сильнее в зарядово-упорядоченной фазе. При легировании последнего соединения Sm (ионный радиус которого 0,124 нм против 0,127 нм у Nd), в (Ndi.ySmy)o>5Sro(5Mn03 антиферромагнитное состояние исчезает при у=0,8, но может быть восстановлено приложением давления /71/. В (Pri.yYy)o,5Sro,5Mn03 ферромагнитное состояние подавляется при легировании иттрием, но приложенное магнитное поле способствует ему /73/.