稀土镍酸盐外延异质结构的制备及金属—绝缘体转变性能研究

论文摘要

金属-绝缘体转变是凝聚态物理学中一个长期被关注和研究的课题,而钙钛矿稀土镍酸盐是一类典型的具有金属-绝缘体转变的强关联电子材料。随着温度的升高,这类材料从低温反铁磁绝缘态向高温顺磁金属态转变,在转变温度附近具有非常大的电阻率改变,因此制备薄膜材料研究转变性能背后的转变机制、电子输运耦合、晶体结构变化和不同条件相互作用下的调制转变吸引了人们的极大关注。我们选用SmNiO3和NdNiO3两种典型的金属-绝缘体转变材料作为研究对象,利用脉冲激光沉积技术制备了超薄膜,并研究了薄膜厚度、生长氧压、衬底应变和外延取向共同作用下的金属-绝缘体转变。我们发现在（001）衬底上外延薄膜,无论在高、低生长氧压下均可得到金属-绝缘体转变性能,转变性能由氧压和应变共同作用,面内由于晶格失配引起拉伸和压缩应变均会抑制转变。稍厚薄膜（>20 nm）在低氧压下会导致薄膜中氧空位增加,诱导Ni3+向Ni2+离子转变以平衡电中性,致使晶格膨胀或Ni-O-Ni键角减小使O2p和Ni3d轨道电子云重合降低,抑制金属-绝缘体转变;而在（111）衬底上外延薄膜,由于有更高的层间界面极化及衬底层层生长模板效应使得薄膜的转变性能被极大抑制,显现出与（001）衬底上完全不同的输运曲线。进一步地制备了柔性金属-绝缘体转变结构,为探究其在弯曲情况下的行为表现,我们通过范德华外延的形式将NdNiO3薄膜成功生长在（001）取向的氟金云母衬底上,NdNiO3薄膜为（111）取向。通过LaAlO3和SrTiO3缓冲层精确的控制晶格应变和离子价态诱导和调制出了金属-绝缘体转变性能,利用适当的面内拉应变和抑制Ni2+离子含量在NdNiO3/LaAlO3/SrTiO3/Mica异质结构中增强了金属-绝缘体转变性能,实现了显著的电阻改变和相转变。同时,在经过多达1000次的“凹凸”弯曲循环中,柔性金属-绝缘体转变性能保持良好,显示出此结构可靠的转变稳定性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张艺腾

导师: 温峥

关键词: 稀土镍酸盐,金属绝缘体转变,范德华异质外延,柔性电子学

来源: 青岛大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,材料科学,工业通用技术及设备

单位: 青岛大学

分类号: TB383.2;O469

DOI: 10.27262/d.cnki.gqdau.2019.001157

总页数: 60

文件大小: 7152K

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