[00119740]锰氧化物薄膜及其异质结的光诱导输运机理研究

“锰氧化物薄膜及异质结的光诱导输运机理研究”是材料科学和凝聚态物理研究领域的前沿课题。经过11年（1997-2008）的系统研究，先后对A位稀土元素掺杂、碱土掺杂，B位掺杂，多层结构和锰氧化物异质结等材料制备，微结构、磁电输运性质，特别是对其光诱导特性进行了较全面、系统的研究，主要取得了以下五个方面的理论研究成果。　　1、揭示了不同掺杂元素、空位、氧缺陷及衬底晶格畸变对薄膜输运的影响规律　　在研究空穴掺杂（La，Pr，Sr，Ca，Ba和Li）和电子掺杂（Ce和Te）的基础上，系统研究了Mn位掺杂（如Zn，Fe，Cr，Ni，Co和Cu等元素），碱土空位以及氧空位缺陷对薄膜输运性能的影响，表明所制备的薄膜均会出现电阻升高和转变临界温度点降低的规律。LaAlO3，MgO，STiO3和Si等不同衬底对薄膜输运特性影响的研究表明，随着晶格不匹配度的增加，也出现类似的规律。　　2、提出了锰氧化物薄膜光诱导现象的内在理论机制　　激光作用对处于不同相态的锰氧化物薄膜会产生不同的效应：在铁磁金属态激光诱导致使电阻增大，而在顺磁绝缘态则导致电阻减小；而且最大值也出现在电阻温度曲线的拐点附近。在峰值电阻温度点，其光致电阻变化相对值为零。同时发现光诱导响应电压信号的上升沿与所施加的电流大小无关，且上升沿时间均为130μs，小于所施加激光脉冲持续时间（200μs），表明光电导效应与光场致使电子自旋相关特性的变化相关，并非完全是由激光的热效应引起的。　　3、利用光致退磁理论模拟了锰氧化物薄膜光诱导的非线性电阻驰豫特性 　　系统研究了不同掺杂锰氧化物薄膜的电阻驰豫特性，表明薄膜在光诱导作用下的电阻弛豫是与自旋结构相关的弛豫过程。　　4、探索了层状锰氧化物薄膜的持久和瞬时光电导效应　　发现了LaSr2Mn2O7-δ薄膜瞬时光电导（TPC）和持久光电导（PPC）共存现象，在整个测量温度区间（70K-240K）均存在TPC效应，而在温度小于100K时才表现出明显PPC效应。分析认为激光诱导激发新的电子-空穴对，其中电子被氧缺陷（正电中心）所俘获，空穴参与双交换作用，从而提高了电导率，形成 PPC效应，类似的结果出现在ABO3型钙钛矿结构锰氧化物氧缺陷薄膜中。　　5、发现了La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)/Si异质结的瞬时巨光致电导效应和光伏效应。在温度为270K时，La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)/Si异质结光诱导电阻相对变化值最大值约为6200%，在室温296K，其相对变化可达到5674%，同时发现ZnO/LSMO异质结具有紫外超快光响应特性，这为实际应用了奠定基础。　　本项目以深入系统地研究锰氧化物薄膜和异质结的光诱导为特色，其理论研究成果在国内外学术期刊上已发表学报论文113篇，获得授权发明专利3项。发表论文被SCI收录50篇，EI收录42篇。研究成果已被国内外同行引用122次，其中被优秀学位论文引用44次。部分论文被多位国外同行学者在Materials Letters和Journal of Physics D：Applied Physics等国际知名期刊中的多次引用。在锰氧化物薄膜的输运、光诱导特性和异质结的研究等方面达到当前锰氧化物领域的国际先进水平。这项研究对于促进过渡族金属氧化物新一代功能材料的发展具有重要的科学意义，同时在新材料制备技术领域有着广泛的应用前景。