La1.3Sr1.7Mn2O7/SrTiO3-Nb异质结的整流和光伏特性

采用脉冲激光沉积法在SrTiO₃:0.7%Nb(100)单晶衬底上生长了La_1.3Sr_1.7Mn₂O₇(LSMO)薄膜, 并 研究了LSMO/SrTiO₃-Nb异质结的输运性质和光伏效应. 研究发现, 异质结具有良好的整流特征和明显的光生伏特效应. 在532 nm激光辐照下, 光生电压随温度升高先增大后减小, 并且在150 K达到最大值400 mV, 此温度点与LSMO薄膜发生金属-绝缘体转变的温度一致, 这表明异质结的光生伏特效应受LSMO薄膜内部的输运特征调控. 进一步, 从光生电压随时间的变化曲线中分析发现, 上升沿符合一阶指数函数, 这与载流子的迁移过程相关; 而下降沿符合二阶指数函数, 这与结两侧载流子的外部回路中和以及材料内部的电子-空穴湮灭有关. 值得注意的是, 上升沿和下降沿的时间常数均随着温度先增大后减小, 且最大值均出现在LSMO薄膜的金属-绝缘转变温度.     

高温氢退火还原V2O5制备二氧化钒薄膜及其性能的研究

过渡金属氧化物二氧化钒(VO₂)在温度340 K附近会发生金属绝缘体的转变(metal-insulator transition, MIT). 基于金属绝缘体的转变性质, VO₂薄膜材料具有很好的应用前景. 本文首先采用脉冲激光沉积制备了高质量的V₂O₅薄膜, 再通过高温氢退火还原V₂O₅薄膜制备出VO₂多晶薄膜. 研究了不同的退火温度、退火时间、退火气氛对VO₂薄膜制备的影响, 采用X射线衍射、X射线光电子能谱、变温电阻特性测量等手段对样品进行分析, 发现在H₂(5%)/Ar退火气氛下, 在一定的退火温度范围内(500–525 ℃), 退火 3 h, 得到了B相和M相共存的VO₂薄膜, 具有M相的VO₂的MIT特性, 而相同退火温度下退火时间达到4.5 h, 薄膜完全变成B相的VO₂. 通过纯Ar气氛下对B相VO₂再退火, 得到了转变温度为350 K, 电阻突变接近4个数量级的M相的VO₂薄膜. 实现了VO₂的B相和M相的相互转变. 关键词： 2薄膜')" href="#">VO₂薄膜 金属绝缘体转变 氢退火     

单轴压力下Ge2X2Te5(X=Sb,Bi)薄膜拓扑相变的第一性原理研究

随着拓扑绝缘体的发现, 材料拓扑物性的研究成为凝聚态物理研究的热点领域. 本文基于第一性原理计算, 研究了化合物Ge₂X₂Te₅ (X=Sb, Bi) 的块体结构和二维单层和双层薄膜结构的拓扑物性, 以及单双层薄膜在垂直方向单轴压力下的拓扑量子相变. 研究发现, A型原子序列排列的这两种化合物都是拓扑绝缘体, 其单层薄膜都是普通金属, 而双层薄膜都是拓扑金属, 单层和双层薄膜在单轴加压过程中都没有发生拓扑量子相变; 这两种化合物的B型原子序列的晶体是普通绝缘体, 其所对应的薄膜, Ge₂Sb₂Te₅单层是普通金属, 双层薄膜和Ge₂Bi₂Te₅的单层和双层薄膜均为普通绝缘体, 但是在单轴加压过程中B 型原子序列所对应的单层和双层薄膜都转变为拓扑金属.     

单层二维量子自旋霍尔绝缘体1T'-WTe2研究进展

量子自旋霍尔效应通常存在于二维拓扑绝缘体中,其具有受拓扑保护的无耗散螺旋边界态. 2014年,理论预言单层1T’相过渡金属硫族化合物是一类新型的二维量子自旋霍尔绝缘体.其中,以单层1T’-WTe₂为代表的材料体系具有原子结构稳定、体带隙显著、拓扑性质易于调控等许多独特的优势,对低功耗自旋电子器件的发展具有重要的意义.本文总结了单层1T’-WTe₂在实验上的最新进展,包括基于分子束外延生长的材料制备,螺旋边界态的探测及其对磁场的响应,掺杂、应力等手段在单层1T’-WTe₂中诱导出的新奇量子物态等.也对单层1T’-WTe₂未来可能的应用前景进行了展望.     

Bi2Te3拓扑绝缘体表面颗粒化铅膜诱导的超导邻近效应

拓扑绝缘体的出现为寻找拓扑超导体和Majorana费米子提供了一种可能的途径. 在拓扑绝缘体Bi₂Te₃表面沉积极薄的不连续铅膜, 试图通过邻近效应感应出大片的超导区, 为下一步研究拓扑超导电性创造条件.借助四引线电输运测量实验, 在0.25 K的低温下看到了超流现象, 表明沉积在Bi₂Te₃表面的厚度小于20 nm的颗粒化铅膜能够诱导邻近效应, 并且使大片Bi₂Te₃超导. 关键词： 超导邻近效应 S-N-S结 拓扑绝缘体     

氧压对SrTiO3和SrNb0.2Ti0.8O3薄膜晶格参数的影响及激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积技术制备了SrTiO₃和SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜.X射线衍射分析表明在LaAlO₃(100)单晶平衬底上生长的SrTiO₃及SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜是沿［001］取向的近外延生长.随着氧压在一定范围内逐渐增大,SrTiO₃薄膜的晶格参数减小,而SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜的晶格参数先减小后增大.同时摸索出制备具有二维电子气超晶格(SrTiO₃/SrNb_0.2Ti_0.8O₃)_L的最佳氧压为1.0×10^-2Pa.另外在LaAlO₃(100)倾斜衬底上制备的SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜中观察到激光感生热电电压效应. 关键词： 0.2Ti_0.8O₃薄膜')" href="#">SrNb_0.2Ti_0.8O₃薄膜 晶格参数 激光感生热电电压 脉冲激光沉积     

Mn的价态对La0.8Ba0.2MnO3电磁性能的影响

在2—390K温度之间研究了La_0.8Ba_0.2MnO₃的 磁矩、磁电阻与温度的关系.发 现以不同价态的Mn元素引入得到的La_0.8Ba_0．2MnO₃ ，性能虽然都存在金属 —绝缘体转变，以及在磁场作用下居里温度附近电阻率变化非常显著的特点，但是价态对磁 性转变温度T_C，金属—绝缘体转变温度T_mi，以及磁电阻极大 值温度T_MR的影 响都非常显著.三种价态相比较，使用二价Mn的电阻率最低以及磁性转变温度更接近室温.认 为影响材料性能的主要因素是材料制备时引进的Mn元素的价态，由于原料价态的不同而形成 的氧空位浓度变化，进而影响了Mn⁴⁺/Mn³⁺的比. 关键词： 价态 磁电阻 居里温度 金属—绝缘体转变     

La0.9Sr0.1MnO3薄膜中电流效应研究

用直流磁控溅射法在(100)LaAlO₃衬底上制备了La_0.9Sr_0.1MnO₃薄膜.经退火处理后薄膜的原子力显微镜形貌观测和X射线衍射分析显示具有比较好的质量.电阻率-温度关系表明La_0.9Sr_0.1MnO₃薄膜在281 K处发生金属绝缘体转变.电流在0.01—4 mA范围内，薄膜的峰值电阻率随电流增大而减小，在4 mA下获得了30.5%的峰值电阻率变 关键词： 掺杂锰氧化合物 0.9Sr_0.1MnO₃薄膜')" href="#">La_0.9Sr_0.1MnO₃薄膜 电流诱导效应 相分离理论     

铁磁绝缘体间的极薄Bi2Se3薄膜的相变研究

研究一个极薄三维拓扑绝缘体Bi₂Se₃薄膜处于两个铁磁绝缘体层之间, 其铁磁层的磁化方向都处于竖直平面, 系统拓扑性质随磁化方向夹角的变化. 从表面态电子低能有效哈密顿量出发计算系统的Chern 数, 和运用一个具有Armchair边界的单层六角晶格带的紧束缚模型模拟系统的体能带和边缘态, 来确定系统所处的拓扑相. 发现两个铁磁层的磁化方式从平行转到反平行的某一临界角度, 系统经历从反常量子霍尔相到普通绝缘相的转变.     

激光分子束外延BaTiO3薄膜最顶层表面原子平面与薄膜生长机理

用激光分子束外延技术在SrTiO₃(001)衬底上外延生长了高质量的BaTiO_{3< /sub>薄膜,薄膜的生长过程由反射式高能电子衍射仪(RHEED)原位实时监测,表明薄膜具有 二维层状生长模式.薄膜的晶体结构和表面形貌分别由X射线衍射和原子力显微镜表征,显示 该薄膜为完全c轴取向四方相晶体结构,其表面具有原子尺度光滑性.采用角分辨X射线光电 子谱技术(ARXPS),研究了BaTiO3薄膜表面最顶层原子种类和排列状况.结果表 明,BaTiO3 关键词： 激光分子束外延 3薄膜')" href="#">氧化物BaTiO3薄膜 最顶层表面 角分辨X射线光电子谱}     

La0.67Ba0.33MnO3薄膜的激光辐照效应研究

利用脉冲激光沉积技术在LaAlO₃（00l）单晶衬底上制备了La_067Ba_033MnO₃薄膜,研究了CO₂激光辐照对La_067Ba_033MnO₃薄膜的微结构和磁电性能的影响.结果表明,经激光辐照后,La_067Ba_033MnO₃薄膜的结晶性增强,薄膜应变减小;薄膜表面形貌由“岛状”结构变为“平原"结构,且粗糙度大大降低;同时,薄膜的饱和磁化强度、铁磁居里温度、金属—绝缘态转变温度和磁电阻增大,而矫顽场和电阻率减小.根据对传统退火效应的分析和理论计算,认为激光辐照导致的表面微结构的变化以及薄膜的氧含量和均匀性的提高对La_067Ba_033MnO₃薄膜的磁电性能的改善与优化密切相关. 关键词： 庞磁电阻 激光辐照 脉冲激光溅射沉积     

磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应——无需外磁场的量子化霍尔效应

文章从平常霍尔效应出发,介绍了反常霍尔效应及其内秉物理机制,并在此基础上介绍了其量子化版本——量子化反常霍尔效应.然后从拓扑有序态的角度,重点讨论了量子化反常霍尔效应与量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应、拓扑绝缘体等之间的区别与内在联系.最后介绍了通过在拓扑绝缘体(Bi2Se3,Bi2Te3和Sb2Te3)薄膜中掺杂过渡金属元素(Cr或Fe)实现量子化反常霍尔效应的方法.     

La0.82Te0.18MnO3薄膜的输运特性和光诱导效应

用脉冲激光沉积法制备了非金属Te掺杂的钙钛矿锰氧化物La_0.82Te_0.18MnO₃单晶薄膜.该薄膜从83 K升温至373 K过程中发生金属-绝缘体相变，转变点温度为283 K.其电阻率在T<T_MI时符合电子-电子、电子-磁振子散射公式；在T>T_MI时为小极化子输运.薄膜在低温段连续激光(波长为532 nm，40 mW)作用下电阻率显著增大，电阻变化率在253 K达到最大值51.1%,该变化率远大于相同条件下的空穴掺杂材料；在高温段产生了较小的光电导，电阻变化率小于10%.这些现象主要与激光激励下自旋系统和小极化子的变化有关.La_0.82Te_0.18MnO₃薄膜在激光诱导下具有明显的与自旋相关的弛豫现象.激光开始作用时薄膜电阻率随时间的变化符合指数关系. 关键词： 0.82Te_0.18MnO₃薄膜')" href="#">La_0.82Te_0.18MnO₃薄膜 光诱导 输运特性 电子掺杂     

基于拓扑绝缘体纳米线约瑟夫森结的反常临界超流增强和半整数夏皮洛台阶

基于拓扑绝缘体材料的约瑟夫森结是寻找马约拉纳零能模的候选器件,因而受到拓扑量子计算研究领域的关注.这方面实验的关键之一,是制备具有优质结区的约瑟夫森器件.本工作在三维拓扑绝缘体Bi₂Te₃和Bi₂(Se_xTe_1-x)₃纳米线上制作了约瑟夫森结器件,研究了其结区的超导邻近效应、多重安德列夫反射和超流-相位关系,观测到了约瑟夫森结的临界超流随磁场增大而反常地增大、其交流约瑟夫森效应出现半整数的夏皮洛台阶的实验结果.本文还讨论了这些反常现象的可能来源,特别是与结区界面处超导电极的Ti缓冲层和拓扑绝缘体纳米线中的Te元素形成TiTe铁磁性合金层的关系.     

用BiSePt合金提高自旋轨道转矩效率

自旋轨道转矩器件实现快速高效的磁性操作,需要提供自旋流的强自旋轨道耦合层具有高的电荷-自旋密度转换效率,以及低的电阻率.本文采用磁控溅射方法生长具有面内磁性的BiSePt合金/Co异质结构,对比BiSePt合金采用共溅射及交替溅射两种生长方式,研究了不同配比下的自旋轨道转矩效率(SOT效率)与合金电阻率. Pt掺杂提高了合金层的金属性,但是逐渐破坏Bi₂Se₃非晶表面的拓扑序,随着Pt组分的增加,两种竞争的机制使得合金层的自旋霍尔电导率随浓度配比有非单调变化,并且在Bi₂Se₃组分为67%的配比处达到了优值.相比共溅射方式,交替溅射方式生长合金层的电导率及自旋霍尔角较小,这归因于界面散射的增强及Pt对自旋流的过滤效应.相比于传统的纯重金属Pt和Ta等,以及拓扑绝缘体Bi₂Se₃等材料,我们的BiSePt合金实现了与工业匹配的生长条件,较高的SOT效率,以及适中的电阻率,对于SOT器件的实际应用很有意义.     

Cu掺杂La0.67Sr0.33CuxMn1-xO3薄膜的光诱导效应研究

分别采用溶胶-凝胶和射频磁控溅射的方法制备了La_0.67Sr_0.33Cu_xMn_1-xO₃（x=0.05, 0.10和0.15）系列块材和薄膜,研究了Cu部分替代对薄膜光诱导特性的影响.实验结果表明随着Cu掺杂量的增加,薄膜的金属-绝缘转变温度向低温方向移动,且导电性降低.在金属相激光作用诱导电阻增大.光致电阻相对变化极大值随着Cu含量的增加而增大,当 关键词： 锰氧化物 光诱导 Cu掺杂 晶格效应     

Pb(Zr0.3Ti0.7)O3铁电薄膜激光感生电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在LaSrAlTaO₃(LSATO),LaAlO₃(LAO)和SrTiO₃(STO)的单晶倾斜衬底上成功制备了Pb(Zr_0.3Ti_0.7)O₃(PZT)薄膜,在三种倾斜衬底上生长的PZT薄膜中都首次发现了LIV效应.对PZT/LSATO薄膜在a,c轴两种不同取向择优生长下的LIV效应做了研究,发现在薄膜c轴取向择优生长 关键词： 激光感生电压效应 铁电薄膜 薄膜生长取向 原子层热电堆     

金属Pt薄膜上二氧化钒的制备及其电致相变性能研究

通过引入SiO₂氧化物缓冲层, 在金属Pt电极上利用射频磁控溅射技术成功制备出高质量的VO₂薄膜. 详细研究了SiO₂厚度对VO₂薄膜的晶体结构、微观形貌和绝缘体–金属相变(MIT)性能的影响. 结果表明厚度0.2 μm以上的SiO₂缓冲层能够有效 消除VO₂薄膜与金属薄膜之间的巨大应力, 制备出具有明显相变特性的VO₂薄膜. 当缓冲层达到0.7 μm以上, 获得的薄膜具有明显的(011)晶面择优取向, 表面平整致密, 相变前后电阻率变化达到3个数量级以上. 基于该技术制备了Pt-SiO₂/VO₂-Au三明治结构, 通过在垂直膜面方向施加很小的驱动电压, 观察到明显的阶梯电流跳跃, 证实实现了电致绝缘体–金属相变过程. 该薄膜制备工艺简单, 性能稳定, 器件结构灵活可应用于集成式电控功能器件. 关键词： 二氧化钒薄膜 相变特性 电致相变 阈值电压     

应力对La0.83Sr0.17MnO3薄膜输运性能的影响

采用溶胶-凝胶方法在Si(111)上制备了LSMO(x=0.17)薄膜.研究了块体材料和不同厚度薄膜R -T曲线、红外光谱和X射线衍射.结果表明，LSMO薄膜属于正交晶体结构，薄膜取向与膜厚度 有关，当膜厚度为450nm或680nm时，主要取向〈200〉，而膜厚度为900nm时取向为〈020〉 ：根据离子对相互作用能和谐振子模型，得到了红外吸收与Mn—O—Mn键长和键角关系式，6 00cm^-1附近红外吸收与晶格常数b的变化有关；块体与薄膜的金属—绝缘体转变 温度(T_MI)存在较大差别，薄膜转变温度显著低于块体，并与厚度有一定关系. 认为是LSMO薄膜中的应力诱导了晶格常数变化，引起键角改变及JT效应是转变温度变化的主 要原因. 关键词： 单晶硅 晶格常数 金属—绝缘体转变温度 应力诱导     

晶界对庞磁电阻颗粒薄膜的磁学和输运性能的影响

采用脉冲电子束沉积技术，在Si(100)单晶衬底上沉积庞磁电阻La_0.67Ca_0.33MnO₃颗粒薄膜，并对它的磁学性能和电学输运性能进行了表征.研究晶界对庞磁电阻薄膜的物理性能的影响，结果表明，晶界的存在使得晶粒之间的耦合变弱，在变温磁化过程中表现出团簇玻璃态行为，金属—绝缘体转变温度(T_p)远远低于铁磁—顺磁转变温度(T_c).低温下电子输运具有弱局域化行为.在低磁场下，晶界的存在掩盖了La_0.67Ca_0.33MnO₃的本征磁电阻行为. 关键词： 脉冲电子束沉积 晶界 磁学和电学输运性能 庞磁电阻