论文部分内容阅读
高温超导体及稀土锰氧化物特大磁电阻效应的发现,使得凝聚态物理领域激发了对于强关联电子体系以及钙钛矿氧化物物理等方面的研究。这两类化合物很多是在其母体化合物ABO3型钙钛矿的基础上通过在A位掺杂得到的,并且显示出性质比较奇异的金属相,而母体化合物却是反铁磁性绝缘体。超导体及锰氧化物里准粒子模型和相分离的存在造成了该系列化合物理论研究的复杂性。并且体系里面通过掺杂导致发生金属——绝缘体转变的现象促使我们对简单的费米液体体系LaxSrl-xTiO3开展实验以及理论方面的研究。另外,还在不同程度真空条件和衬底温度下用La2Ti2O7靶块生长出δ可变的LaTiO3+δ薄膜,通过氧压来改变薄膜中Ti的价态。本论文就这两个问题开展了实验研究,并且在某些方面取得了重要进展。
前人的大量工作发现LaTiO3作为Mott-Hubbard绝缘体,其薄膜制备比较困难。然而可以通过同一块La2Ti2O7靶材在不同的氧分压及衬底温度下得到Ti价不同的LaTiO3和La2Ti2O7混合薄膜。有关Mott绝缘体跟一般绝缘体的区别以及Mott转变在绪言中着重讲述。在SrTiO3、LaAlO3衬底上进行了系统尝试,发现要制备成功高质量的LaTiO3薄膜,必须在2×10-6Torr高真空和750℃温度下于LaAlO3衬底上外延生长,生长完毕后在同样真空条件下自然快速降到室温。在4Pa氧压及820℃下能够制备出完全的La2Ti2O7薄膜。X射线衍射(X-rayDiffraction,XRD)初步揭示了两者结构上的差异,X射线光电子能谱(X-rayPhotoelectronSpectroscopy,XPS)关于Ti2p、La3d、Ols结合能的测量从两者价态变化方面给出了准确的结果。最后,两种薄膜的光学透射谱的测量也显示出两者能隙的差异,从而揭示了其内部电子结构的不同。
另外,本论文的工作发现在LaTiO3中La位掺Sr后比较容易得到ABO3结构。实验中首先制备出用于PLD方法镀膜的LaxSrl-xTiO3靶材,其XRD及激光Raman光谱的测量表明靶材已经是充分成相的ABO3相。然后在800℃温度及3.4×10-6Torr的高真空环境下在LaAlO3单晶衬底生长出LaxSrl-xTiO3薄膜,XRD及TEM扫描透射分析显示薄膜是外延生长的。接着对薄膜的输运性质进行了测量和分析,发现LaxSrl-xTiO3薄膜随着x的增大,体系有一个从金属态向绝缘态转变的过程。当x=1时,变成Mott-Hubbard绝缘体LaTiO3。比热测量显示随着x的增大,载流子有效质量也是逐渐增加的。上述结果跟费米液体理论相一致。