YMnO3、BiAlO3基异质结界面结构及光磁电性能研究

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1、西北工业大学博士学位论文西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：YMnO3、BiAlO3基异质结界面结构及光磁电性能研究作者：赵亚楠学科专业：凝聚态物理指导教师：陈长乐2017年9月2Title:MagneticandlightfieldeffectsonpolarizationandelectricpropertiesofYMnO3orBiAlO3basedoxidehetereostructuresByZhaoYa-nanUndertheSupervisionofProfessorChenChang-leADissertationSubmittedtoNo

2、rthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofCondensedMatterPhysicsXi’anP.R.ChinaSeptember20171摘要摘要近几年，多铁性材料一直处于材料科学领域以及凝聚态物理领域的研究前沿，分别在铁电/铁磁多态存储器、自旋电子相关器件中有着巨大的商业应用前景，由于同时具有电磁的自旋-晶格耦合，因而有丰富的物理内涵。另外，单相多铁性材料的种类十分有限，且大多在室温以下观察到磁电耦合效应，并且磁电耦合效

3、应强度很微弱，无法满足实际应用的要求。从实际应用价值出发，研究开发新型单相、复合型多铁性材料吸引了众多科研研究者的关注。本文中，首先我们简要阐述了多铁性材料的基本概念，并重点介绍了与课题研究相关的单相、复合型多铁性材料的结构与组成，然后对比介绍了YMnO3(YMO)和BiAlO3(BAO)两种不同多铁性材料的晶格、多铁性来源以及研究前景，最后重点研究了光场、磁场对BAO、YMO基异质结复合多铁材料的输运性质、介电性质以及极化性质的影响，具体内容如下：(1)利用激光脉冲沉积技术(PLD)，在SrTiO3(STO)(110)基底上成功外延YMnO3La0.67Sr0

4、.33MnO3(LSMO)异质结，确定样品为正交相(o-YMO)和六方相(h-YMO)两相共存的多晶薄膜。漏电分析表明，在温度240~300K之间，随着电场强度的变大，样品的漏电机制由欧姆机制变换为空间电荷限制机制(SCLC)；在240K以下，样品的导电机制符合肖特基发射机制(SE)。R-T曲线明显地呈现了o-YMO的反铁磁相变点(T’N~40K)和h-YMO反铁磁相变点(TN~80K)，并且相变点附近磁电阻(MR)为最大值。分析样品的磁介电性质，依然能明显观察大到o-YMO的本征磁电耦合现象，但未观测到h-YMO的本征磁电耦合效应。(2)利用PLD技术，在STO

5、(110)基底上成功外延YMOLSMO异质结，测试了YMOLSMO异质结光电阻值的变化，发现异质结具有明显的光敏感性，并成功观察到正交相和六方相结构所对应的反铁磁、铁电相变点。通过分析激光光场对样品介电性能的影响，得到YMOLSMO异质结的介电常数和介电损耗具有较弱的光敏感性，但是有显著的温度和频率依赖性。利用Sawyer-Tower电路和PUND技术分别测试了YMOLSMO异质结的电滞回线，其变化趋势一致，剩余极化值和矫顽力均随着温度的升高而变大；同时分析了光场对样品铁电极化的影响，具有明显的光抑制性，并在o-YMO的反铁磁相变点处观察到异常现象。最后测

6、试了样品在直流电压下的电畴极化翻转行为，并在±6V和±8V电压成功实现样品的铁电畴翻转，显示出YMO多晶薄膜铁电极化翻转和畴特征的有趣现象。(3)采用PLD技术，分别在基底STO(111)、LaAlO3(LAO)(111)、Nb(0.7wt%)SrTiO3(NSTO)(111)和PtTiSiO2Si(111)上沉积BAO薄膜，对比分析各基底XRD衍射图，发现在基底STO(111)、LAO(111)、NSTO(111)沉积的BAO薄膜为四方相结构，I西北工业大学博士学位论文并伴有杂相；其中LAO(111)基底上BAO薄膜具有较好的择优取向。分别对不同基底的BA

7、O薄膜进行AFM及PFM分析，发现STO(111)、LAO(111)基底上BAO晶粒结构较小，致密，表面粗糙度为10nm左右，具有明显地相位图衬度和较好的微区电滞回线和蝴蝶曲线；而NSTO(111)基底上BAO大颗粒堆积明显，未观察到晶粒结构。通过分析不同基底的BAO薄膜在20~300K温度范围的I-V曲线，得出STO(111)、LAO(111)基底由于存在LSMO底电极(缓冲层)，其漏电电流密度相对较小。室温下，测试了不同基底上BAO薄膜的电滞回线，所有样品的电滞回线形状都类似“香蕉”型；其中LAO(111)基底的电滞回线变圆趋势教小，其漏电电流密度也相对较小。

8、(4)采用