锰氧化物电学性质的研究

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近几年来,作为可同时具有(反)铁磁性和铁电性的钙钛矿型锰氧化物HoMnO3(HMO)材料,得到了理论和实验上的广泛关注。令人印象深刻的是,低温环境下,具有正交晶相结构的HMO薄膜表现出良好的电学性质。鉴于此况,本论文在利用传统的固相法制备六角晶相的HMO陶瓷样品的基础上,又分析了该样品的介电性质随温度和频率的变化情况。同时,以该样品作为靶材,通过选择合适的基底,利用脉冲激光沉积(PLD)技术镀膜的方法制备出正交晶相 HMO薄膜并对其面向(out-of-plane)和面内(in-plane)的介电性质进行了详细的研究,具体内容如下:  首先,利用传统的固相反应法制备出HMO陶瓷样品。通过对所制备出的样品进行X射线衍射扫描得到的衍射峰与从无机晶体结构数据库得到的标准晶体结构衍射峰进行对比,发现我们所制备的样品与六角晶相的HMO的标准卡片相吻合,这表明所制备的HMO陶瓷的晶体结构属于纯相的六角晶体结构。研究了该陶瓷样品介电性质随温度和频率的变化,测定样品的电阻和禁带宽度,发现了在六角晶相HMO陶瓷样品中存在半导体输运的性质。用阻抗谱图来表征HMO晶粒和晶界上的介电响应。  其次,用脉冲激光沉积(PLD)技术在掺杂Nb的SrTiO3单晶基底上制备了正交晶相HMO薄膜,用X射线衍射仪和原子力显微镜分析了薄膜的结构和表面形貌。并测量了变温条件下正交晶相HMO薄膜面向介电常数的实部和损耗随频率的变化。由Debye模型,得到了Cole-cole图,分析了材料中的介电弛豫机制。  最后,用脉冲激光沉积(PLD)技术在LaAlO3(001)基底上外延生长了正交晶相HMO薄膜。利用叉指电极(IDEs)测量了HMO薄膜的面内介电常数和损耗随温度和频率的变化,发现两个热激活的介电弛豫,随着测量频率的增加两个峰向温度增加的方向转移。外延正交晶相HMO薄膜的面内介电性质可用通用的介电响应来描述,载流子诱发的极化效应和跳跃电导解释了这一介电行为。
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