怎样改变LSMO的居里温度

1.磁阻(MR)分析

图2是厚度为150 nm和300 nm薄膜在磁场0，3和6 T作用下电阻随温度的变化曲线.很明显，薄膜存在着很强的磁阻效应，电阻随磁场的增加而减少.此外可以观察到明显的金属到半导体的转变(Metal-Semiconducting Transition, MST)，而且转变温度Tp随着磁场的增加向室温移动.

图2 薄膜在不同的磁场作用下电阻随温度的变化曲线 (a) 厚度150 nm，(b) 厚度300 nm

定义电阻变化率为MR%=-〔ρ(H,T)-ρ(0,T)〕/ρ(H,T)×100%，ρ(H,T)和ρ(0,T)分别表示有外磁场和外磁场为零时的电阻值.

由电阻-温度的测量结果，可计算得到MR%在H=3 T和H=6 T随温度的变化曲线，如图3所示. 对两种厚度的薄膜，MR%最大值对应的温度Tm是226 K(H=3 T)和232 K(H=6 T)，均小于MST的转变温度(Tp)265K(H=3 T)和286K(H=6T).这意味着MR%最大值出现在MST之前，即出现在薄膜的金属特性部分.

图3 薄膜在不同的磁场作用下磁阻变化率随温度的变化曲线

(a) 厚度150 nm,(b) 厚度300 nm

表1列出了薄膜从金属到半导体的转变温度Tp，电阻变化率的最大值MRmax%及其对应的温度值Tm，并且列出了286 K时的电阻变化率MR286 K%. 正如表中数据所列，厚度150 nm的薄膜在0.6 T的磁场中MRmax%≈103，显然该磁阻效应为CMR. 接近室温即286 K时MR%=22，说明薄膜在高温下仍然具有磁阻效应，这使它具有更广泛的应用价值. 研究表明，通过工艺条件的优化能够进一步提高薄膜的MRmax%值和室温时的电阻变化率〔3〕. 同时，300 nm薄膜的电传输特性好于150 nm，而前者的最大MR％值却小于后者. 造成这一现象的原因可能是由于薄膜中不同的应力所致.

表1 两种不同厚度的薄膜在不同磁场作用下的电阻、磁阻和对应温度

膜厚/nm 最大电阻值Rm/Ω MST转变温度Tp/K MRmax/% 出现MRmax的温度Tm/K

0 T 3 T 6 T 0 T 3 T 6 T 3 T 6 T 3 T 6 T

300 1 048 570 372 239 265 286 256 897 226 232

150 3 228 1 781 1 167 239 265 286 251 936 226 232

2 磁化强度

图4是磁化强度随温度变化(M-T)的曲线.厚度300 nm薄膜的磁化强度是在H=6 T和0.01 T的磁场作用下温度50～300 K范围内的测量结果，减去基底LaAlO3的贡献得到的.M-T曲线表明当温度降低时磁化强度开始增加，在100 K以后逐渐趋于饱和.在0.01 T的磁场作用下(如图4(b))，随着温度的增加，可观察到明显的铁磁到顺磁态的转变.转变温度即居里温度TC≈225 K，小于0 T作用下MST的转变温度Tp(239 K)，而更接近于出现MRmax%所对应的温度Tm(226 K,H=3 T；232 K，H=6 T).在6 T的磁场作用下(如图4(a))，由于外强磁场与离子磁矩的相互作用，铁磁到顺磁的转变过程被拉长，没有出现0.01 T作用情况时明显的转变台阶，而且直至300 K仍然观察不到明显的顺磁区域. 这与图2中，强磁场使金属到半导体的转变温度增高和转变过程平缓的现象是一致的.可见，La1-xSnxMnO3(x<0.1)薄膜的磁阻效应与其磁状态的转变以及电传输特性有着密切的联系.

图4 薄膜在不同的磁场作用下磁化强度随温度的变化曲线

(a) 厚度300 nm的薄膜在6 T时，(b) 厚度300 nm的薄膜在0.01 T时