掺锶锰酸镧薄膜的制备工艺及电性能研究文献综述

 2021-12-15 09:12

文献综述

材料学家总是希望寻找到合适的材料来发展信息技术，特别是对于信息储存介质的研究。

一开始作为计算机信息储存介质的是打孔的长条纸带，有孔的地方代表1，没孔的地方代表0，这种纸带不仅使用起来效率低下，还不易保存；之后出现了磁带，从某种角度讲磁带等价于打孔纸带，只不过打的孔变成了磁带微观上的南北磁极，而且磁带还能反复使用，之后的数十年间，磁带都是作为信息储存的重要载体，但磁带依然存在着自身的局限性，有没有什么更好的办法呢？早在20世纪50年代，就已经有材料学家开始研究钙钛矿锰氧化物的铁磁性能[1],Jonker和Van Santen发现低温下掺杂了Ca2 ，Sr2 ，Ba2 的LaMnO3在不同的掺杂浓度下会显示出铁磁性和金属导电性，而天然的钙钛矿在一般情况下是有着反铁磁性的非导体，这一奇特的现象一直以来都吸引着许多科学家投入研究。

不久之后，Clarence Zener就Jonker的研究提出了自己的双交换模型（ Double Exchange）定性地解释这种转变现象[2]，随后P. -G. de Gennes完善了它[3]。

在掺杂了二价阳离子的钙钛矿锰中，锰以两种状态存在：Mn3 和Mn4 ，Mn3 3d轨道存在一个eg能级的电子，它会在相邻的Mn3 和Mn4 之间跃迁，根据洪特规则，此时两个锰离子的磁矩会趋于同向，于是材料呈现出铁磁性。

之后在1993年，人们更是发现了掺杂稀土锰氧化物，即RE1xMxMnO3（RE：稀土元素，M = Ca，Sr，Ba，Pb），的多晶、单晶、薄膜上均发现了一种被称为庞磁阻效应的现象（Colossal Magnetoresistance，CMR）材料在特定磁场施加时电阻会发生极为剧烈的变化。

这无疑是让人兴奋的，因为在此之前，有人发现了反铁磁性超晶格存在因磁场引起的电阻变化[4],因Peter Andreas Grnberg和Albert Fert分别发现的巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance，GMR），计算机的机械硬盘储存容量在短时间内就从4GB提升到400GB，翻了整整100倍！若是能将CMR应用到信息科学领域，那电子设备的大小和性能都会变得更加优化。

之后，有人展望了新电子器件的未来将电子的自旋作为信息传递的载体，整合到传统电子元器件的工作流程中去，这不仅能极大提高电子元件的响应速度，还能进一步提高设备的集成度、降低设备能耗[5]，于是，自旋电子学（spintronics）诞生了，RE1xMxMnO3依然作为一个合适的研究体系，持续受到各界研究人员的关注。

A-M Haghiri-Gosnet1在2003年比较系统地总结了一直以来CMR领域的研究[6]。

首先，RE1xMxMnO3是典型的钙钛矿结构引入杂质原子而形成的，所所以存在晶格的微小畸变，其程度用一个变形因子衡量衡量：式中rA代表晶格角点的离子半径，rO代表氧离子半径，rB代表晶格中心离子半径；当t = 1时，晶格没有变形，0.98 < 1.02时，材料都是稳定的。

对于电子结构，晶格中存在双交换机制[3]和姜-泰勒效应（jahnteller="" effect）[7]。

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