Nd1-XYXNiO3-LaAlO3外延薄膜的金屬-絕緣體相變.pdf

1、金屬-絕緣體相變現(xiàn)象一直是凝聚態(tài)物理中倍受關注的熱點和研究重點。在眾多金屬-絕緣體相變材料中，鈣鈦礦型稀土過渡金屬氧化物RNiO3(R稀土元素，R≠La)由于具有明顯的溫度驅動的金屬-絕緣體相變，使其在開關、傳感器和熱致變色器件等方面具有重要的潛在應用價值，吸引了人們的強烈關注。但RNiO3體系的相變溫度均不在室溫附近，將其調節(jié)到室溫附近對于實際器件應用非常重要。因此，研究RNiO3體系的相變溫度調控，以及摻雜、應力和電場等對其結構和相

2、變性質的影響具有重要意義。本論文在成功制備NdNiO3/LaAlO3外延薄膜的基礎上，首先研究了薄膜厚度效應對相變性能的影響，其次通過對NdNiO3進行不同濃度的Y元素摻雜，將其相變溫度調節(jié)到室溫附近，并研究了Y摻雜對其結構和相變性質的影響，最后對相變溫度在室溫附近的Nd0.7Y0.3NiO3/LaAlO3外延薄膜，研究了電場對薄膜相變的驅動及對相變溫度的調諧作用，并初步探索了薄膜的憶阻效應。
　　第一章是背景知識介紹以及相關工作

3、的最新研究進展。首先介紹了金屬-絕緣體相變的幾種機制，如能帶理論、Anderson相變、Peierls相變、Wilson相變與Mott相變。其次介紹了鈣鈦礦結構的稀土鎳酸鹽RNiO3的金屬-絕緣體相變及能帶解釋。最后說明了驅動RNiO3薄膜相變的途徑及對其相變溫度進行調節(jié)的方法。
　　第二章介紹了RNiO3薄膜常見的制備方法和表征手段。樣品制備重點介紹了本論文中使用的脈沖激光沉積（簡稱PLD）技術和所用設備。樣品表征主要介紹了所使

4、用X射線衍射(XRD)、拉曼光譜和傅里葉變換紅外光譜，X射線精細結構吸收譜(EXAFS)，以及四探針法測量電阻法，同時介紹了自行搭建的樣品變溫電阻、變溫紅外譜-電場聯(lián)用測量裝置。
　　第三章中對NdNiO3/LaAlO3外延薄膜的PLD生長條件，包括靶材的固相燒結法制備，襯底的選擇，薄膜過程中生長氧壓及襯底溫度進行了探索，通過優(yōu)化制備條件，獲得具有明顯相變的薄膜。重點研究了相變過程中結構和載流子的變化，以及薄膜厚度對相變性質的影響

5、，結果表明:不同生長厚度的薄膜均表現(xiàn)出明顯的金屬-絕緣體相變，通過改變厚度可調節(jié)其相變溫度在90K-121K范圍。Raman和紅外譜學研究顯示了溫度驅動相變過程中結構和光電導的變化。厚度引入的壓縮應力增大了NiO6八面體的扭曲，導致薄膜的相變溫度升高。
　　第四章討論了Y原子摻雜對Nd1-XYXNiO3薄膜的金屬-絕緣體相變性質的影響。不同Y摻雜薄膜均表現(xiàn)出明顯的金屬-絕緣體相變。通過改變Y原子摻雜量，相變溫度可調節(jié)至室溫附近(3

6、40-360K)。紅外透過強度隨著溫度升高減低，顯示了其熱致變色效應。XAFS結果表明Y原子的引入帶來的結構變化，更多Y摻雜導致XANES譜中邊前峰減弱和Ni-O鍵增長，意味著增強的電荷不均性，以及Ni-3d和O-2p軌道間雜化的減弱。這結果揭示了Nd1-XYXNiO3薄膜中相變溫度隨Y含量增加的物理原因。
　　第五章討論了電場對Nd0.7Y0.3NiO3/LaAlO3外延薄膜的金屬-絕緣體相變的影響。在電壓源和電流源兩種驅動方式