《雙鈣鈦礦結構鑭鋇鈷氧外延薄膜的磁學與輸運特性研究》是依託西安交通大學，由劉明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：雙鈣鈦礦結構鑭鋇鈷氧外延薄膜的磁學與輸運特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉明
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目通過對鑭鋇鈷氧(LBCO)薄膜工藝參數的摸索和控制，實現單一相結構的LBCO薄膜材料的製備，揭示鑭離子和鋇離子有序排列、無序排列和局域有序排列相結構的LBCO薄膜的低溫磁學和電輸運性質的基本規律和物理機制。以不同基片上單一相結構的LBCO薄膜材料為出發點，探討應力對薄膜微結構、磁學和電輸運性質等的影響及相關的物理機制。在此基礎之上，探討具有比例可控的混合相結構LBCO薄膜材料的微結構和低溫物理特性，並通過應力調節,實現對LBCO 薄膜材料性能的最佳化可控，為將來利用這種材料開發新器件提供必要的理論和實驗依據。
結題摘要
鈣鈦礦結構的混合離子/電子導體材料因其在多種器件研製上具有非常大的套用潛力，如分隔膜、催化劑、高敏感度的化學感測器和固體燃料電池的電極等，成為近些年來人們關注的研究熱點。尤其是鈷基鈣鈦礦結構的氧化物材料得到了各國學者和工程師更大的研究興趣，因為這類材料不但具有極佳的混合導電性質和催化能力，而且表現出奇特的磁學和電輸運性質。對於(La,Ba)Co2O5.5+d (LBCO)的研究，主要集中在塊體材料方面的研究，對於LBCO薄膜材料方面的研究卻非常少。 通過脈衝雷射沉積方法製備了高質量的外延鑭鋇鈷氧薄膜。通過不同基片、不同厚度與同一基片不同方向上的晶格失配來調控薄膜的界面應力狀態，進而對LBCO薄膜的電輸運特性進行調控。研究發現：（1）通過不同基片的應力調控，可以使磁電阻值提高到44%，是塊體材料的5倍；（2）通過面內不同晶格常數的（110）NdGaO3基片，可以實現面內的半導體性質向金屬特性的轉變；（3）通過將LBCO沉積在不同錯切的鈦酸鍶基片與鑭鍶鋁鉭氧基片上面發現，基片表面台階寬度可以對薄膜的應力狀態進一步的進行調控作用，從而進一步達到電輸運性質的調控作用；（4）通過不同厚度的調控，發現在MgO基片上面存在一個過渡層（大概在5納米左右），從而可以解釋超薄薄膜的奇異電輸運特性。該研究方向的工作已在ACS Applied Materials & Interface， Applied Physics Letter等國際具有影響力的期刊上發表學術論文6篇。 LBCO薄膜在375度的空氣環境下，可檢測到低至10 ppm的乙醇蒸汽濃度，並對不同的乙醇濃度的回響具有非常好的可靠與可重複性。基於LBCO薄膜的快速回響，作為p型氣體感測器，其性能優於n型氧化物半導體薄膜和某些納米線、納米棒。該工作發表在國際著名期刊Scientific Reports上。同時，發現LBCO在極低的還原氣氛下1，在500-2500nm的寬波長範圍內透過率可增加5倍以上。因此，LBCO薄膜在發展電阻與光學氣敏感測器上有巨大的發展潛力。 在製備氧化物薄膜時，氧空位缺陷是無法避免的。申請人首次利用氧空位缺陷，實現了氧空位缺陷有序誘導外延鑭鋇鈷氧鐵磁薄膜室溫多鐵性，開闢了利用缺陷工程實現多鐵性的可能，為開拓其他材料的多功能性和智慧型電子元器件提供了豐富的實驗依據與理論指導，該項研究成果已獲批美國專利1項。
