[发明专利]具有水平和垂直交换偏置效应的锰氧化物薄膜及制备方法

说明书

本发明涉及锰氧化物薄膜制备技术领域，公开了一种具有水平和垂直交换偏置效应的锰氧化物薄膜，其具有[LaMnO₃(m)/SrMnO₃(n)]₁₀的结构，其中LaMnO₃为一种A型反铁磁莫特绝缘体材料，SrMnO₃为一种G型反铁磁禁带绝缘体材料，在这两种锰氧化物组成的异质结界面处，由于锰离子价态的不同会产生明显的双交换作用，本发明的锰氧化物薄膜最高水平交换偏置可达950Oe，最大垂直磁滞回线偏移可达29％。相比较其他薄膜，本发明的锰氧化物薄膜厚度更薄，整体厚度只有几十纳米，可以很好地用于小型化、微型化的自旋阀及传感器等磁记录材料中。

技术领域

本发明涉及锰氧化物薄膜制备技术领域，具体涉及一种具有水平和垂直交换偏置效应的锰氧化物薄膜及制备方法。

背景技术

磁性材料在当今科技中得到了广泛应用，对社会经济和国防建设的发展产生了巨大的影响，特别是近二十年发展起来的自旋电子学(Spintronics)一直受到人们极大的关注，其中主要研究的巨磁电阻效应在磁性存储器中的应用创造了空前巨大的经济效益，相关器件的生产制造已成为许多发达国家的支柱产业。交换偏置效应(Exchange BiasEffect，EB)便是在对材料磁性的研究中发现的一种非常重要的物理现象，其是指有铁磁/反铁磁界面的材料体系在外磁场作用下从高于反铁磁奈尔温度而又低于铁磁居里温度的中间温度开始冷却到奈尔温度以下时，材料的磁滞回线将沿磁场方向偏离原点，此效应能很好的克服磁记录材料中超顺磁性的限制及自旋钉扎作用，促进信息器件微型化发展。

在众多的磁性材料中，锰氧化物具有交换耦合作用强、厚度薄、抗氧化等优点而受到科学家的广泛重视。钙钛矿锰氧化物作为一种典型的强关联电子体系，其自旋、电荷、轨道及晶格之间强烈的耦合效应，在该体系材料中产生了庞磁电阻、磁交换偏置、电荷/轨道有序、电子相分离、多铁性等奇异的物理特性，如中国专利文献CN106910821A公开了一种具有垂直交换偏置效应的双层钙钛矿结构锰氧化物薄膜，该薄膜可看成无限层钙钛矿结构锰氧化物(ABO₃)型的衍生，其结构由两个锰氧化物的(MnO₂)₂层和绝缘的AO岩盐层沿c轴交替堆砌而成，相当于在两个钙钛矿层中插入了绝缘的氧化物层，在锰氧化物层与岩盐层之间，不同的磁排列形成界面之间的磁相互作用进而产生了磁交换偏置效应。然而，上述双层钙钛矿结构锰氧化物薄膜厚度达百纳米(360～940nm)，不利于实现器件的小型化、集成化发展；另外，从该薄膜的形貌上看，其实质为颗粒膜结构，容易从衬底上脱落，稳定性不高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的锰氧化物薄膜稳定性不高，且厚度较厚的缺陷，从而提供一种稳定性高且具有水平和垂直交换偏置效应的外延锰氧化物薄膜。同时，本发明还提供了所述锰氧化物薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有水平和垂直交换偏置效应的锰氧化物薄膜，其具有如通式(I)所表示的结构：[LaMnO₃(m)/SrMnO₃(n)]₁₀(I)；

其中m和n为自然数，分别表示LaMnO₃层及SrMnO₃层厚度方向上的晶胞数目。

进一步地，所述m的范围为3≤m≤5，所述n的范围为2≤n≤4。

进一步地，所述锰氧化物薄膜的厚度为20～36nm。

本发明还提供了一种制备上述锰氧化物薄膜的方法，包括如下步骤：

(1)物理沉积步骤：交替轰击LaMnO₃和SrMnO₃靶材，在基片上共沉积LaMnO₃和SrMnO₃，得到所述锰氧化物薄膜的前驱体；