【摘 要】
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当今科技的飞速发展让人们的生活更加便捷、多彩,寻求新材料、调控新物性和设计复合多功能器件等对新一代信息技术产业的发展至关重要。其中由于过渡金属原子外层d电子的独特性以及电荷、自旋、轨道和晶格多种自由度之间的相互作用,过渡金属氧化物体系具有非常丰富的物理性质和广阔的应用前景。如何有效地对其物性进行调控一直是凝聚态物理中重要的研究课题之一。近几年来,基于离子液体电场调控发展起来的离子调控方法逐渐被大家
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当今科技的飞速发展让人们的生活更加便捷、多彩,寻求新材料、调控新物性和设计复合多功能器件等对新一代信息技术产业的发展至关重要。其中由于过渡金属原子外层d电子的独特性以及电荷、自旋、轨道和晶格多种自由度之间的相互作用,过渡金属氧化物体系具有非常丰富的物理性质和广阔的应用前景。如何有效地对其物性进行调控一直是凝聚态物理中重要的研究课题之一。近几年来,基于离子液体电场调控发展起来的离子调控方法逐渐被大家所熟知。该方法通过引入离子这一调控因素,来调控材料体系的物性、物相。本文围绕离子调控,主要展开了两方面的研究:一是方法的拓展,采用非传统的溶液对材料进行调控;另一个是材料体系的推广,发现了具有应用潜力的高温铁磁绝缘体HxLa0.5Sr0.5MnO3。第一部分,选择锂盐的有机溶液为电解液而非传统的离子液体对材料进行调控。我们选择含Li Cl O4的四乙二醇二甲醚溶液,对具有钙铁石结构的模型体系SrCoO2.5薄膜进行电场调控,诱导其实现了质子化。我们还发现该质子化过程并不依赖电解液中离子种类,将溶液中的Li Cl O4替换为Na Cl O4也可以实现质子化。该结果有力的证明了具有最小离子半径的质子在溶液中电场调控过程的优势。进一步地,我们设计了材料自发质子化方法,利用与低功函数的金属的电化学反应,无需外加电压实现了质子化。这些结果拓展了离子液体调控的方法,加深了我们对多离子电场调控的理解。第二部分,将质子调控推广到锰氧化物体系。我们在单晶衬底上外延生长出高质量的La0.5Sr0.5Mn O3薄膜,并对其进行了离子液体电场调控。X射线衍射谱分析发现离子液体电场调控可以使其晶格在面外方向拉伸,表明薄膜发生结构相变。通过二次离子质谱测量发现,调控后的样品中有氢元素的富集。磁性测量表明初始的La0.5Sr0.5Mn O3薄膜是铁磁和反铁磁共存态,而离子液体电场调控后的薄膜转变为铁磁态。此外,电输运测量发现离子液体电场调控使薄膜从初始的金属态转变为绝缘态。这些结果表明质子的嵌入诱导La0.5Sr0.5Mn O3薄膜体系发生从铁磁和反铁磁共存金属态到铁磁绝缘态的相变。晶格的变化往往会导致轨道占据态的变化,对其X射线线性二色谱分析发现,随着质子化过程其eg电子越来越倾向于占据面外方向的3z~2-r~2轨道。我们推测磁性绝缘体出现的原因可能是轨道有序和超交换作用。总之,作为材料调控的新自由度,离子调控不仅在物性、物相调控方面发挥重要作用,其将在电子学、能源、工程等应用方面也具有广阔运用。
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