[发明专利]一种CaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3三明治结构外延薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种超薄锰/钌氧化物材料，尤其涉及一种具有高铁磁转变（居里）温度、矫顽力可调的三明治结构氧化物外延异质薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

磁滞回线是矩形的高磁导率材料，可以用来制作磁放大器、变压器、脉冲变压器等，尤其是磁记忆器件。随着各式各样磁电子器件的兴起，特别是微电子产业对高密度磁记录材料、磁阻随机存储器、垂直记录磁性材料等构成的微型器件的应用需求，具有良好软磁性能的薄膜磁头一直是人们所渴求的。虽然薄膜材料为磁性器件向低维发展提供了新的机遇，但是厚度在1μm以下的强磁性材料，由于磁性薄膜厚度减小到纳米量级时，磁性关联长度与厚度具有可比性，二维体系的维度效应等都会参与作用，材料的物理性质表现出很强的厚度效应，铁磁有序态减弱抑或消失，磁滞回线平缓而且矫顽力（场）变大。这种厚度效应无论是在单层薄膜还是在多层薄膜中都表现强烈，且难以抑制。

根据2002年《物理评论B》（Phys.Rev.B.66,134416(1)-(9),2002）报道,界面的本征物理行为会导致庞磁阻材料La_2/3Ca_1/3MnO₃单晶薄膜半导体金属转变温度的改变。随着La_2/3Ca_1/3MnO₃单层薄膜的厚度减小至6纳米，半导体金属转变温度迅速从室温降至100K，甚至当薄膜厚度减小至2.4纳米时，单晶薄膜在（300K-10K）范围内都呈现绝缘电性，不具备铁磁性。

根据1999年《应用物理快报》（Appl.Phys.Lett.75,3689-3691,1999）报道，多层膜（La_0.7Ca_0.3MnO₃/SrTiO₃）_n的半导体金属转变温度随着铁磁层La_0.7Ca_0.3MnO₃的厚度减小至5纳米时，多层膜的铁磁性消失，外延薄膜在（300K-10K）范围内都呈现绝缘电性。显然铁磁层La_0.7Ca_0.3MnO₃的尺度效应即使在多层膜材料中依然存在。

根据2008年《物理评论B》（Phys.Rev.B.78,094413(1)-(7),2008）报道，界面的本征物理行为亦会导致庞磁阻材料La_0.7Sr_0.3MnO₃单晶薄膜半导体金属转变温度的迅速降低而后消失。我们注意到，在10K测量的大量矩形磁滞回线显示，铁磁金属性的La_0.7Sr_0.3MnO₃单晶薄膜的矫顽力在很大厚度范围内（4.8纳米～28纳米）是不易改变的。同样的，矫顽场的稳定性也能在庞磁阻材料La_2/3Ca_1/3MnO₃单晶薄膜中观察到。

综上所述，克服磁性薄膜材料中的厚度效应，拥有高的铁磁转变温度和矫顽力可调的矩形磁滞回线，无论是以单晶外延薄膜的形式，还是与其它的新型钙钛矿结构功能材料薄膜互相外延生长，制成多层铁磁隧道结，铁磁/铁电隧道结，或者超晶格磁性材料的形式，都会对磁电子学及微电子产业产生积极的作用，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高铁磁转变温度（亦称居里温度），并且矫顽力可调的CaRuO₃/La_2/3Ca_1/3MnO₃/CaRuO₃三明治结构外延薄膜及其制备方法和应用。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明CaRuO₃/La_2/3Ca_1/3MnO₃/CaRuO₃三明治结构外延薄膜，其特点在于：

在晶格取向为110方向的NdGaO₃单晶基片上从下至上依次生长有底层CaRuO₃薄膜、中间层La_2/3Ca_1/3MnO₃薄膜和上层CaRuO₃薄膜。