Гетероструктуры и тонкие пленки перовскитов, шпинелей, гранатов: химическое осаждение из газовой фазы, структура, электрические и магнитные свойства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.21, кандидат химических наук Каменев, Антон Александрович

• Каменев, Антон Александрович
• кандидат химических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат химических наук Каменев, Антон Александрович

Список сокращений

I. Введение.

II. Литературный обзор. 6 И-1. Структура и свойства производных перовскита.

II-1 -1. Структурные особенности производных перовскита.

II-1-2. Особенности кристаллической структуры ЬаМпОз и твердых растворов на его основе.

II-1 -3. Нестехиометрия ЬаМпОз+8.

И-1-4. Структура и свойства твердых растворов Ьа1.хАхСгОз+5.

II-1-5. Структура и свойства твердых растворов Ьа 1 ,х АхСг 1 .уМеуОз+8 21 (А = ЩЗЭ, Ме = Со, Мп).

П-2. Магнетосопротивление.

П-2-1. Основы явления.

П-2-2. Гигантское магнетосопротивление.

П-2-3. Туннельные структуры.

П-2-4. Многослойные гетероструктуры.

П-2-5. Поликристаллические материалы.

И-2-6. Переходы на искусственных дефектах.

11-2-1. Ориентированные пленки.

П-2-8. Гетероструктуры с магнеторезистивными оксидами.

П-З. Краткие сведения о структуре и магнитных свойствах ферритов.

П-З -1. Ферриты-шпинели.

П-З-2. Ферриты со структурой граната.

П-4. Использование биаксиально текстурированного N1 в качестве 42 подложки для нанесения эпитаксиальных пленок ВТСП.

III. Экспериментальная часть.

III-1 .Исходные вещества. 51 Ш-2. Синтез летучих комплексных соединений металлов для МОСУГ).

Ш-2-1. Вакуумная сублимация летучих комплексных соединений металлов.

Ш-З. Анализ состава летучих комплексных соединений металлов.

Ш-4. Получение оксидных пленок методом МОСУБ.

Ш-4-1 .Конструкция установки с испарителем ленточного типа.

Ш-4-2. Химическая фотолитография пленок Ьао^Бго.зМпОз.

Ш-5. Методы исследования пленок.

Ш-5-1. Рентгенографические методы исследования пленок.

Ш-5-2. Элементный анализ пленок.

Ш-5-3. Методы исследования поверхности.

Ш-5-4. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.

Ш-5-5. Измерение электросопротивления и магнетосопротивления.

Ш-5-6. Измерение экваториального эффекта Керра.

IV. Результаты и обсуждение.

IV-1. Осаждение методом МОСУЭ пленок ЬаьхБГхСп.уМпуОз+в и их свойства. 64 IV-1 -1. Выбор условий синтеза пленок. 64 IV-1 -2. Коррекция состава тонких пленок ЬаСЮз+5 и ЬаМпОз+г по данным

РЛМА, РФА и резистометрии.

IV-1-3. Исследование пленок ЬаСгОз+г и ЬаМпОз+з методами ПЭМВР и 68 СЭМ.

IV-1-4. Получение и исследование тонких пленок

La1.xSrxCrO3.fS и ЬаьхБГхМпОз+г.

IV-1 -5. Получение и исследование тонких пленок Ьа 1 .х8гхСг 1 ,уМпуОз+б.

-1-6. Получение и исследование пленок Ьа 1 .х8гхСг 1 .уМпуОз+г на подложках №-КАВГГ8.

IV-1-7. Изменение микроструктуры поверхности № в условиях осаждения 78 пленок.

Г/-2. Гетероструктуры манганит/магнитомягкий феррит.

-2-1. Получение феррошпинелей в виде тонких слоев на монокристаллических подложках МдО.

-2-2. Кристаллизация шпинельных пленок на перовскитных подложках.

-2-3. Эпитаксиальная стабилизация манганитов и индатов РЗЭ.

-2-4. Гетероструктуры феррит-манганит.

-2-5. Магнетосопротивление пленок Ьа0,78го,зМпОз и гетероструктур

МпРе204/Ьао,78го,зМпОз.

Г/-2-6. Эпитаксиальная стабилизация редкоземельных феррогранатов.

-2-7. Гетероструктуры феррогранат-манганит.

V. Выводы.

Заключение диссертации по теме «Химия твердого тела», Каменев, Антон Александрович

V. выводы.

1. Впервые показана возможность применения метода МОСУО в сильно восстановительных условиях для получения эпитаксиальных пленок оксидов, в частности в атмосфере водорода получены эпитаксиальные твердые растворы Ьа 1 .х8гхСг 1 .уМпуОз.

2. Показано, что электрические свойства пленок Ьа1.х8гхСг1.уМпуОз+5 зависят от соотношения Сг/Мп, степени легирования ЩЗЭ и индекса кислородной нестехиометрии.

3. Установлено, что интенсифицируемая водородом рекристаллизация поверхности металлического никеля препятствуют эпитаксиальному росту пленок ЬаихЭгхСгьуМпуОз+а на биаксиально-текстурированных №-лентах в атмосфере Нг+Аг. Показано, что эпитаксиальный рост оксидов на биаксиально-текстурированном никеле без окисления последнего может быть осуществлен в восстановительной атмосфере Аг+ИНз+НгО.

4. Впервые получены в виде тонких эпитаксиальных пленок соединения 1ШпОз(К=Но-1д1), МпОз (11=Бт-1л1) со структурой перовскита и НзРе5012(К=Ьао,7Кс1о,з-Ш) со структурой граната, не существующие в объемном виде как продукты твердофазного синтеза. Выявлена зависимость критической толщины перечисленных фаз от степени неустойчивости фазы, подтверждающая термодинамическую природу эпитаксиальной стабилизации.

5. Доказана возможность гетероэпитаксиального роста фаз со структурой шпинели на подложках со структурой перовскита по типу «куб на 4 куба» (при условии рассогласования параметров элементарных ячеек на границе раздела <10%).

6. Установлено, что в гетероструктурах «феррит/манганит» слой магнитомягкого феррита увеличивает магнетосопротивление слоя Ьао^Бго.зМпОз. Для достижения наиболее высоких значений магнетосопротивления целесообразно одновременно использовать: а) получение нанодоменной вариантной структуры магнеторезистивного слоя, б) формирование длинного пути тока в этом слое, в) усиление магнитного поля слоем магнитомягкого материала (создание гетероструктур Ьао^Бго.зМпОз-феррит).

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Каменев, Антон Александрович, 2004 год

1. Горбенко О.Ю., Структура и свойства перовскитных и перовскитоподобных тонкопленочных материалов, полученных химическим осаждением из пара, Дисс. докт. хим. наук, М.: МГУ, 2003.

2. Горбенко О.Ю., Босак А.А., Магнетосопротивление манганитов в слабых магнитных полях и его применение, Сенсор, 2002, № 2, с. 28-43.

3. Портной К.И., Тимофеева Н.И., Кислородные соединения редкоземельных элементов, М.: Металлургия, 1986.

4. Кребс Г., Основы кристаллохимии неорганических соединений, М., Мир, 1971.

5. Zener С., Interaction between the d-shells in the transition metals. II. Ferromagnetic compounds of manganese with perovskite structute, Phys. Rev., 82, 1951, p.403-405.

6. Anderson P.W., Hasegawa H., Considerations on Double Exchange, Phys. Rev., 100, 1955, p.675-685.

7. Millis A.J., Cooperative Jahn-Teller E.ect and Electron-Phonon Coupling in Lai.xSrxMn03, Phys. Rev., 1996, v. В 53, p. 8434-8441.

8. Zhao G., Conder K., Keller H., Muller K.A., Giant oxygen isotope shift in the magnetoresistive perovskite Ьа1.хСахМпОз+у, Nature, 381, 1996, p.676 -678.

9. Babushkina N.A., Belova L.M., Gorbenko O.Yu., Kaul A.R., Bosak A.A., Ozhogin V.I., Kugel K.I., Metal-insulator transition induced by oxygen isotope exchange in the magnetoresistive perovskite manganites, Nature, 391, 1998, p. 159-161.

10. Maignan A., Simon C., Caignaert V., Raveau В., Giant magnetoresistance ratios superior to 1011 in manganese perovskites, Solid State Comm., 96, 1995, p.623-625.

11. Каган М.Ю., Кугель К.И., Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манганитах, Успехи физических наук, 2001, т. 171, с. 577-596.

12. Нагаев Э.Л., Физика магнитных полупроводников, М: Мир, 1979.

13. Yunoki S., Moreo A., Dagotto Е., Phase Separation Induced by Orbital Degrees of Freedom in Models for Manganites with Jahn-Teller Phonons, Phys. Rev. Lett., 81, 1998, p. 5612-5615.

14. Coey J. M. D., Viret M., von Molnaar S., Mixed-valence manganites, Advances in Physics, 1999, Vol. 48, No. 2, p. 167- 293.

15. Hauback B.C., Fjellvag H., Sakai N., Effect of non-stoichiometry on properties of Lai. ,МпОз+а, HI magnetic order studied by powder neutron diffraction, J. Solid State Chem., 1996, v. 124, p.43-51.

16. Huang Q., Santoro A., Lynn J.W., Erwin R.W., Borchers J.A., Peng J.L., Greene R.L., Structure and magnetic order in undoped lanthanum manganite, Phys. Rev.„ 1997, v. B55, p. 14987-14999.

17. Töpfer J., Goodenough J. B., LaMn03 revisited, J. Solid State Chem., 130, 1997, p. 117128.

18. Rao C.N.R,.Cheetham A.K, Mahesh R., Giant magnetoresistance and related properties of rare-earth manganates and other oxide systems, Chem. Mater., 8, 1996, p.2421-2432.

19. Mahesh R., Kannan K. R., Rao C.N., Electrochemical Synthesis of Ferromagnetic LaMn03 and Metallic NdNi03, J. Solid State Chem., 1995, v. 114, p.294-296.

20. Moritomo Y., Asamitsu A., Tokura Y., Enhanced electron-lattice coupling in Lai-xSrxMn03 near the metal-insulator phase boundary, Phys. Rev., 1997, v. B56, p. 1219012195.

21. Guo Z.B., Zhang N., Ding W.P., Yang W.,.Zhang J.R, Du Y.W., Lattice effect in Pr doped La-Sr-Mn-0 perovskite, Solid State Comm., 1996, v. 100, p.769-771.

22. Tokura Y., Urushibara A., Moritomo Y., Arima T., Asamitsu A., Kido G., Furukawa N. Giant magnetotransport phenomena in filling-controlled kondo lattice system: Lai.xSrxMn03, J. Phys. Soc. Japan, 1994, v. 63, p.3931-3935.

23. Urushibara A., Moritomo Y., Arima T., Asamitsu A., Kido G., Tokura Y., Insulator-metal transition and giant magnetoresistance in Lai.xSrxMn03, Phys. Rev. B, 51, 1995, p.14103-14109.

24. Schiffer P., Ramirez A. P., Bao W., Cheong S-W., Low temperature magnetoresistance and the magnetic phase diagram of Lai.xCaxMn03, Phys. Rev. Lett., 75,1995, p.3336-3339.

25. Sundaresan A., Maignan A., Raveau B., Varadaraju U.V., Magnetization relaxation and aging in spin-glass (La,Y)i.xCaxMn03 (x=0.25, 0.3 and 0.5) perovskite, J. of Magnetism and Magnetic Materials, 184, 1,1998, p.83-88.

26. Kaneko N., Endoh Y., Hirota K., Nishizawa A., Nojiri H., Mitsudo S., Hirano K., Motokawa M., Submillimeter wave ESR measurement of LaMnC>3, J. of Magnetism and Magnetic Materials, 2, 1998, p. 877-878.2930,31,32,33.34,35.36,37.