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磁场与温度、压力一样是一个具有基本重要性的热力学参量，在材料的结晶、凝固、相变及烧结过程中起着重要作用。材料合成与制备过程中引入磁场有可能增加反应物的活性、促进离子扩散，影响晶粒形核、长大、晶界的迁移、再结晶等过程，从而获得具有新奇结构和物性的合成产物。对于弱磁性材料而言，强磁场的作用显得尤为重要。近年来，人们开展了大量的强磁场下的材料合成与制备科学研究工作，各种强磁场下的材料合成装备也应运而生，但在功能陶瓷材料研究领域，目前国内外使用最多的是强磁场下的各种高温热处理炉。由于集成上的困难，还没有人将强磁场引入到脉冲激光沉积(PLD)系统进行薄膜生长。本论文工作，首先将超导磁体与PLD技术结合，成功研制了一套具有特色的强磁场辅助脉冲激光沉积(HMF-PLD)系统，并且利用该系统开展了对钙钛矿结构锰基氧化物在强磁场下原位生长薄膜的研究工作，取得了一系列有意义的研究结果。论文主要研究内容和结果如下: 1、强磁场辅助脉冲激光沉积(HMF-PLD)系统研制。研制工作主要包括:与超导磁体镗孔相适应的狭长圆柱形PLD真空腔设计;激光光路设计，包括激光聚焦、对准和监测;复杂系统的装配和可操作性设计等。重点解决了真空腔的冷却与超导磁体镗孔间的隔热防护，内置特殊角度激光反射镜的高损伤阈值以及防污染问题，各加工部件的材料选择以及电子系统的抗强磁场干扰安全与距离控制等。最终研制成功一套普通PLD功能并且可以在最高10T磁场下进行薄膜原位生长的HMF-PLD系统。 2、利用HMF-PLD系统，在不同磁场下，在LSAT(001)单晶衬底上制备了钙钛矿结构锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3、La0.7Ca0.3MnO3和La0.5Ca0.5MnO3薄膜。研究结果表明强磁场不仅可以显著提高薄膜生长速率，而且能改变薄膜的生长模式，在一定磁场条件下形成了垂直膜面排列的纳米柱结构，纳米柱的尺寸可以通过不同强度的磁场进行调控。随着纳米柱结构的出现，薄膜磁性表现为由面内的易磁化转变为垂直膜面方向，同时电输运性质也发生了相应的变化。特别是在La0.7Ca0.3MnO3纳米柱结构中发现了显著增强的低场磁电阻效应。研究结果表明，强磁场对薄膜生长的微结构和物性可进行有效的调控。 3、强磁场诱导纳米柱结构薄膜生长机理探讨。分析认为，纳米柱结构的生长与强磁场作用于等离子体羽以及沉积膜面吸附原子的扩散有关。激光激发等离子羽在强磁场下由于洛伦兹力的作用，改变了等离子体羽的动力学过程和密度分布，同时约束了薄膜表面吸附原子的扩散，增加了形核密度，从而改变了薄膜的生长模式，最终形成了纳米柱结构。建立了初步的纳米柱结构生长机理分析模型以及简单的电输运性质电路分析模型，解释了薄膜微结构和输运之间的关联。 我们的研究结果表明，HMF-PLD系统用于强磁场下薄膜材料制备，为薄膜材料的生长和微结构与物性的调控提供了一种新的强有力的手段和工具，对开展新型功能薄膜材料探索和纳米器件应用基础研究具有重要意义。