[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种在驰豫型铁电单晶衬底（PMN-PT）上生长(011)取向钙钛矿锰氧化物薄膜所获得的具有电荷轨道有序特性及大的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。 

背景技术

基于电荷、轨道、自旋以及晶格等多种自由度之间强烈的耦合作用，ABO₃型钙钛矿型锰氧化物Re_1-xAe_xMnO₃（Re=La、Ce、Pr等，Ae=Ca、Sr、Ba等）拥有复杂的电磁和结构相图以及各种有趣的物理现象，如庞磁电阻效应、电荷、自旋、轨道有序现象、Jahn-Teller畸变、金属绝缘体相变、相分离等，涉及到凝聚态物理学的许多基本问题。电荷轨道有序现象是这其中最有趣、最重要的现象之一。在电荷轨道有序相变发生时，材料的性质如电阻、磁化率、晶格常数、比热等都会发生强烈变化。电荷轨道有序态对多种影响因素敏感，例如，原子掺杂、外加磁场、电场、氧同位素替代等均能破坏电荷轨道有序态。因此电荷轨道有序现象在研制可控性多功能微电子器件方面具有广阔的应用前景。 

在锰氧化物薄膜中实现电荷轨道有序转变是进行器件应用研究的第一步。对于ABO₃型钙钛矿锰氧化物Re_1-xAe_xMnO₃(Re=La、Ce、Pr、Eu、Ho、Nd、Sm，Ae=Ca、Sr、Ba、Ce、Sn、Y、Hf等)，通过调节A位、B位离子半径失配度、引入的+2价、+4价阳离子浓度、以及O^-2离子浓度等因素在块材中可出现电荷轨道有序转变。然而，由于衬底对薄膜晶格的约束作用，锰氧化物薄膜在轨道有序平面内的晶格畸变受到限制，抑制了电荷轨道有序的出现，因此这方面的努力大部分并不成功。另一方面获得低温下电荷轨道有序转变导致的磁电阻的同时，能方便地通过多种外场扰动手段有效地调节有序态以及磁电阻是在多功能微电子器件研究上真正应用电荷轨道有序现象的必要条件。然而，目前仅有的在SrTiO₃单晶上生长 电荷轨道有序Nd_0.5Sr_0.5MnO₃和Pr_0.5Sr_0.5MnO₃薄膜的例子，无法对其电荷轨道有序相进行有效的非磁场调控，这对于实际应用很不利。 

驰豫型铁电单晶（(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-(x)PbTiO₃，PMN-PT，0.3≤x≤0.4，晶胞参数：）以其优越的铁电特性和显著的逆压电效应而闻名。例如：对于0.7Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.3PbTiO₃，剩余极化率和矫顽场分别为Pr≈34.5μC/cm²和Ec≈3.57kV/cm。外加偏置电场引起电极化的同时也产生显著的应变行为。例如，对于(011)取向的0.7Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.3PbTiO₃单晶，12kV/cm的纵向电场梯度下面内出现显著的各向异性应变：a轴（(100)方向）应变为-0.30%，而b轴（(01-1)方向）应变为0.018%。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有偏置电场可调制电荷轨道有序特性并出现大的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。