[发明专利]具有电荷轨道有序转变及各向异性场致电阻效应的异质结构材料及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种具有各向异性场致电阻效应的异质结构材料，所述异质结构材料包括：具有(011)或其斜切取向的PMN-PT单晶衬底和外延生长于该单晶衬底上的钙钛矿型锰氧化物薄膜，其中，所述钙钛矿型锰氧化物薄膜的化学通式为：R_1-xA_xMnO_3±δ，其中：R选自La、Pr、Eu、Ho和Nd中的一种或多种，A选自Ca、Sr、Ba和Y中的一种或多种，0＜x＜1，0≤δ＜1；其中，所述PMN-PT单晶衬底与所述钙钛矿型锰氧化物薄膜的晶格失配度为1～6%。

2.根据权利要求1所述的异质结构材料，其中，所述PMN-PT单晶衬底的化学通式为：(1-y)[Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃]-(y)[PbTiO₃]，y=0.3～0.4。

3.根据权利要求1或2所述的异质结构材料，其中，所述钙钛矿型锰氧化物的块材具有电荷轨道有序转变。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的异质结构材料，其中，所述PMN-PT单晶衬底的厚度为0.05～0.5mm；优选地，所述钙钛矿型锰氧化物薄膜的厚度为5～500nm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的异质结构材料，其中，所述钙钛矿型锰氧化物薄膜的化学通式为：R_1-xA_xMnO_3±δ，其中，0.05＜x＜0.5，0≤δ＜0.5；优选地，所述PMN-PT单晶衬底与所述钙钛矿型锰氧化物薄膜的晶格失配度为2～4%。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的异质结构材料，其中，在所述PMN-PT单晶衬底的背面和所述钙钛矿型锰氧化物薄膜表面上蒸镀Au、Ag或Pt电极，并在PMN-PT单晶衬底上施加纵向电场后，所述异质结构材料表现出各向异性场致电阻效应。

7.权利要求1至6中任一项所述异质结构材料的制备方法，所述方法包括：

（1）制备钙钛矿型锰氧化物靶材：按照R_1-xA_xMnO_3±δ化学式配料，原料为R、A和Mn各自的氧化物或碳酸盐；将原料研磨充分混合后，在800～1000℃下煅烧9～24小时，取出再次研磨，然后在同样条件下煅烧，反复3～4次，最后在1200～1350℃下烧结，即得到钙钛矿型锰氧化物R_1-xA_xMnO_3±δ靶材；

（2）沉积钙钛矿型锰氧化物薄膜：将(011)或其斜切取向的PMN-PT单晶衬底和步骤（1）制得的R_1-xA_xMnO_3±δ靶材安装在薄膜沉积腔内，利用脉冲激光沉积技术在所述(011)或其斜切取向的PMN-PT单晶衬底上生长R_1-xA_xMnO_3±δ薄膜。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括：（3）在PMN-PT单晶衬底的背面和R_1-xA_xMnO_3±δ薄膜表面上蒸镀Au、Ag或Pt电极，然后，在PMN-PT单晶衬底上加纵向电场。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，所述脉冲激光沉积技术的条件包括：激光能量为50～800mJ；脉冲频率为1～12赫兹；PMN-PT单晶衬底与靶材之间的距离为2～8cm；薄膜沉积温度为600～900℃；背底真空度小于5×10^－4Pa；氧气压力为10^-2～200Pa；优选地，沉积的时间为1～60min；优选地，所述步骤（2）还包括：待薄膜生长结束后，在0.1～1个大气压的氧气气氛中于600～900℃退火3～120min，然后在0.1～1个大气压的氧气气氛中冷却到室温。

10.权利要求1至6中任一项所述异质结构材料或者权利要求7至9中任一项所述制备方法制得的异质结构材料用于微电子功能器件的用途，优选地，所述微电子功能器件包括低温电场调控电阻开关和记忆存储器件。