LaMnO3氧化物异质界面电子结和磁性的研究-物理学专业毕业论文.docx

LaMn03氧化物异质界面电子结构和磁性的研究 摘 要 近年来，随着先进的外延薄膜生长技术的发展，在实验研究上，利用分子 束外延和脉冲激光沉积技术，可以制备出具有原子级平整的薄膜结构，过渡金 属氧化物界面得到了广泛的研究。众所周知，钙钛矿型过渡金属氧化物本身具 有许多有趣的物理性质，如高温超导性、铁电铁磁性、电荷轨道自旋有序、 Lal-xSrxMn03的巨磁阻效应，当两种不同的钙钛矿氧化物材料组成异质界面时， 界面处的结构对称性被打破，电子之间的关联效应增强，体系中就可能会发生 氧八面体结构的畸变、电荷转移、自旋极化、轨道重构等现象，从而在界面处 获得不同于单独块体材料所具有的新奇量子态，氧化物界面具有的潜在应用前 景使其成为现代电子信息材料的研究热点。在基于LaMn03的异质结中，Mn 离子3d电子占据数目是3．4个，电子占据在多个轨道上，界面磁构型复杂。钙 钛矿型氧化物沿(001)或(11 1)方向生长可以产生不同类型的极性原子层，满足化 学计量比的异质结界面会发生极性不连续，电荷的转移能够有望在锰基氧化物 异质界面处获得高度自旋极化的二维电子气。 本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了几种钙钛矿型 氧化物界面的电子结构和磁性质，主要的结果如下： 一、我们研究了过渡金属氧化物(LaMn03)n／(SrTi03)In异质界面的离子弛豫、 电子结构和磁性质。研究表明，不同的组分厚度比及不同界面构型，离子的弛 豫程度各不相同，界面处的电子性质受此影响大。对于n型界面，当LaMn03 的厚度达到6个单胞层后，电子会从LaMn03转移到SrTi03，转移的电子占据 界面层Ti原子的3d电子轨道，界面处出现二维电子气。对于n型界面 (LaMn03)n／(SrTi03)2，随着LaMn03厚度数的增加，由离子弛豫造成的结构畸 变减小，而界面处Ti原子周围电子的态密度和自旋极化却增大，这表明高厚度 比的n型界面有利于产生高迁移率的二维电子气和自旋极化。而对于P型 (LaMn03)2／(SrTi03)8界面，在SrTi03一侧基本没有结构畸变，界面处无电子转 移和自旋极化现象。通过计算平均静电势发现n型和P型界面处的势差大小相 差2e V’解释了P型界面不容易发生电荷转移的原因。 二、我们研究了(001)和(11 1)方向(LaMn03)m／(LaNi03)n界面体系的电子、 磁结构性质。计算结果表明，对于(001)方向生长的(La0)+／(Ni02)。界面以及(111) 方向生长的(La03)3’／(Ni)3+界面，界面层的磁序都转变成了铁磁性耦合，不同于 LaMn03的反铁磁性和LaNi03的顺磁性，两种方向生长的异质界面都有电子从 LaMn03转移到LaNi03，这表明(111)方向异质结同样存在极性不连续，且(111) II 万方数据  硕士学位论文 方向的界面转移的电荷数目更多，同时出现高自旋极化的铁磁金属性。诱导出 的Ni磁矩值大小为(11 1)方向的界面比(00 1)方向的界面更大，且磁矩大小受厚 度比m／n控制，计算表明，结构为(2：1)的(111)方向界面体系能获得最大的Ni 磁矩。 关键词：异质界面；电子结构；极性不连续；第一性原理 Ill 万方数据  Abstract In recent years，with the development of the advanced technology of epitaxial film growth，on the experimenta 1 study,we can be prepared film structure on the atomic scale make use of molecular beam epitaxy and pulsed laser deposition technique，transition metal oxide interface has been widely studied．As iS well．known，perovskite transition metal oxides has many interesting physical properties，such as high temperature superconductivity,ferroelectric and ferromagnetism，charge，orbital and spin ordering，giant magnetores istance effect in Lal．xSrxMn03．When two different kinds of perovskite oxide materials composed of heterogene