[发明专利]一种具有垂直交换偏置效应的双层钙钛矿锰氧化物薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锰氧化物薄膜材料，特别是一种具有垂直交换偏置效应的双层钙钛矿锰氧化物薄膜，属于磁电存储技术领域。

背景技术

钙钛矿锰氧化物作为一种典型的强关联电子体系，其自旋、电荷、轨道以及晶格之间强烈的耦合效应，在该体系材料中产生了庞磁电阻、磁交换偏置、电荷/轨道有序、电子相分离、多铁性等奇异的物理特性。这些现象涉及凝聚态物理学中一系列基本问题，是近年来研究的热点和难点。其中，交换偏置效应在磁存储介质、自旋阀与磁探测器、传感器等领域已经得到广泛应用，因此，交换偏置的研究也得到越来越多的重视。双层钙钛矿结构锰氧化物可看成无限层钙钛矿结构锰氧化物（ABO₃型）的衍生，属于Ruddelsden-Popper 系列 A_n+1Mn_nO_3n+1化合物中 n = 2 的情形，其结构由两个锰氧化物的(MnO₂)₂层和绝缘的AO岩盐层沿c轴交替堆砌而成，相当于在两个钙钛矿层中插入了绝缘的氧化物层，在锰氧化物层与岩盐层之间，不同的磁排列形成界面之间的磁相互作用，这种相互作用势必会产生一定的磁交换偏置效应。同时，双层钙钛矿锰氧化物Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇在低温下会产生很明显的相分离现象，然而，这种相分离并没有造成该单晶或块体材料在低温下的磁交换偏置效应。在Pt/Ti/SiO₂/Si基底上制备不同厚度的Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜，会发现随着制备工艺与薄膜厚度的变化，造成薄膜内部微观结构的变化，从而使发生薄膜中铁磁与反铁磁的成分随着薄膜厚度的变化发生明显的改变；在一定的条件下，产生明显的垂直交换偏置效应。相比于多层薄膜材料的交换偏置效应，单层Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜的制备成本低廉，工艺简单，与磁存储器、自旋阀、磁探测器与传感器等器件之间具有更好的兼容性。因此，开发具有垂直交换偏置效应的双层钙钛矿锰氧化物薄膜材料具有重要的科学意义与广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有垂直交换偏置效应的双层钙钛矿锰氧化物薄膜。

本发明的目的还在于提供一种具有垂直交换偏置效应的双层钙钛矿锰氧化物薄膜的制备方法。

本发明给出的双层钙钛矿锰氧化物薄膜为单相的，其交换偏置效应为沿y轴方向的垂直交换偏置。

本发明的一种具有垂直交换偏置效应的双层钙钛矿锰氧化物薄膜的分子式为：Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇。

本发明的具有不同厚度的Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜，薄膜随着厚度的增加，其交换偏置效应先逐渐增大，达到一个最大值后，又随着厚度的增加而逐渐减少。

本发明所述薄膜的较佳薄膜厚度为360-940nm。

最佳的交换偏置效应，最大的薄膜厚度为720nm。

本发明还提供了一种上述Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用溶胶-凝胶法制备所需要的Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇靶材。

（2）采用脉冲激光沉积技术在（111）晶向的Pt/Ti/SiO₂/Si基片上沉积Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜，沉积温度为750℃，沉积氧压为20Pa，激光电压为18.0KV，沉积速率为3HZ。通过改变沉积次数来制备不同厚度的薄膜。