مغناطومقاومت ناهمسانگرد در لایه های نازک منگنایت La0.67Ca0.33MnO3

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this thesis, structural, electrical, andmagnetic properties of bulk and thin film samples of La 0.67 Ca 0.33 MnO 3 (LCMO)manganite have been studied. The LCMO powder sample was prepared by sol-gelmethod and then sintered at 1350 ? C. Then thin films of LCMO weredeposited on SrTiO 3 (STO) and LaAlO 3 (LAO) substrates bypulsed laser deposition (PLD) technique. Deposition At two pressures of oxygen, 100 and 250 mTorr were performed. Film deposition was performed at three repetition rate of2, 5 and 10 Hz with the same thickness. After deposition, eachfilm was annealed for 15min, before being cooled to room temperature. Duringthis process, the O2 pressure was 400 Torr and the substrate temperature waskept at 500 ? C. The effects of strainand oxygen pressure on the magneto traort properties of (LCMO) thin filmshas been investigated. The x-ray diffraction data indicate that all the filmsare single phase with only two sharp diffraction peaks at around 2??23? and46?. Measurement of electrical resistance in terms of temperature,show that samples deposited in 100 mTorr Oxygen pressure has been insulated due to oxygen deficiency and weakening thedouble exchange interaction. To optimizethe oxygen content, all the films were annealed at 800?C under an O 2 flowfor 10h. The results of X-raydiffraction analysis and resistance versus temperature measurement of thesamples indicate that the strain applied to films is different in the sampleswith different substrate and repetition rate. The results of X-ray diffractionanalysis and quantitative calculation of the amount of strain indicate that,tensile strain is applied to films that are deposited on the STO substratewhile compressive strain is applied to films that are deposited on LAOsubstrate. In addition, it was observed that the amount of strain for films with different pulse repetition rate and samesubstrate is different. Decreasing repetition rateleading to increasing strain. So it was predicted that repetition ratehad an impact on the values of magnetoresistance (MR), anisotropic magnetoresistanc(AMR) and Insulator-metal transition temperature (T MI ). Also it wasobserved that, films under tensile strain Compared with films under compressivestrain have more intuitive changes in values of magneto traort propertiessuch as MR, AMR, T MI , T C and M s . In fact, the repetition rate changes the type of filmgrowth and grain size. So strain caused by differences in growth, leading tosignificant differences in values of MR, AMR, T MI , T C andM s . Keywords: Manganites, Thin film,Repetition rate, Magnetoresistance, Anisotropic magnetoresistance

در این پایاننامه ویژگیهای ساختاری، الکتریکی ومغناطیسی لایههای نازک منگنایت (LCMO) La 0.67 Ca 0.33 MnO 3 مورد بررسی قرارگرفته است. نمونه‌ی بسبلور LCMO جهت استفاده به عنوان هدفبرای لایهنشانی، به روش سل ژل تهیه و سپس در دمای 1350 درجه سانتی‌گراد کلوخهسازی شد. نتایج حاصل از پراش اشعه ایکس نشان داد که ساختار بلوری نمونه تک فاز ودارای شبکه راستگوشه با گروه فضایی pnma است. ویژگیهای مغناطیسی نمونهی هدف LCMO توسط پذیرفتاریمغناطیسی متناوب موردبررسی قرار گرفت. اندازهگیریها نشان دادند که در این نمونهیک گذار فاز پارامغناطیس-فرومغناطیس در حدود دمای 267 کلوین رخ میدهد که با نتایجدیگران در توافق بود. لایهنشانی منگنایت La 0.67 Ca 0.33 MnO 3 بر روی زیرلایههای (LAO) (100) LaAlO 3 و (STO) (100) SrTiO 3 با استفاده از روش لیزر پالسی(PLD) صورت گرفت. در طی فرآیند لایهنشانی اثر سهمتغیر1) جنس زیرلایه، 2) نرخ تکرار پالس و 3) فشار اکسیژن محفظه PLD، بر خواص لایههاینازک LCMO مد نظر قرارداشت. ضخامت سنجی لایههای نازک به روش XRR انجام شد. نتایج نشاندهنده ضخامت تقریبی100 نانومتر برای همه لایهها میباشد. نتایج حاصل از پراش اشعه ایکس نشان میدهدکه رشد لایهها به صورت همبافت و تک محور و در راستای محور C است. همچنین مشاهده شده است که به لایههای LCMO بر روی زیر لایهی STO، تنش کششیاعمال میشود، درحالیکه لایههای رشد یافته روی زیر لایهی LAO تحت تنش تراکمی قرار دارند. از طرفی مشاهدهشد که کاهش نرخ تکرار پالس منجر به افزایش تنش در لایههای نازک شده است، اما اینافزایش در لایهها با زیرلایهی STO، به مراتب محسوستر بوده است. اندازهگیریمقاومت الکتریکی لایههای نازکی که تحت فشار اکسیژن mTorr250 لایهنشانی شدند علاوه بر وجود گذارعایق-فلز در همه لایهها، نشان دهنده کاهش دمای گذار با کاهش نرخ تکرار پالس است.مشاهده این رفتار در لایههای تحت تنش کششی (نسبت به لایههای تحت تنش تراکمی)محسوستر است. هدف اصلی این پایاننامه مطالعه پدیده مغناطومقاومت ناهمسانگرد(وابستگی مقاومت الکتریکی به زاویه بین راستای میدان مغناطیسی و جهت جریانالکتریکی) بوده است. طبق نتایج حاصل از این اندازهگیری، در همهی لایههای نازکیکه تحت فشار اکسیژن mTorr250 لایهنشانیشدند، یک مغناطومقاومتناهمسانگرد منفی و یک مغناطومقاومت مثبت مشاهده میشود.همچنین، با تغییر نرخ تکرار پالس، تنش اعمالی به لایه تغییر کرده و مقدار مغناطومقاومتناهمسانگردو مغناطومقاومت نیز مطابق با میزان و نوع تنش اعمالی، دستخوش تغییر شده است. برخلاف دمای گذار عایق-فلز که در نمونههای تحت تنش تراکمی با تغییر نرخ تکرار پالس،تغییر محسوسی نشان نمیداد، مقادیر مغناطومقاومتناهمسانگرد و مغناطومقاومت نسبتبه تغییر نرخ تکرار پالس تغییرات محسوسی را نشان دادند. علت این امر را با توجهتصاویر AFM گرفته شده ازسطح لایهها، میتوان به تاثیر نرخ تکرار پالس بر چیدمان دانهها در زمان لایهنشانیوتغییرات تنش نسبت داد. در ادامه این کار تجربی، اندازهگیری مقاومت الکتریکی لایههاینازکی که تحت فشار اکسیژن mTorr100 لایهنشانی شدند نشان میدهد که با کاهشدما و حتی اعمال میدان مغناطیسی هیچ گذار عایق-فلزی در نمونهها رخ نمیدهد. علتاین امر کمبود اکسیژن در پیوندهای Mn-O-Mn و در نتیجه تضعیف برهمکنش تبادلی دوگانه درساختار لایههاست. برای جبران کمبود اکسیژن، لایههای نازک در حضور شار اکسیژن تادمای 800 درجه سانتیگراد بازپخت شدند. نتایج حاصل از اندازهگیری مقاومت الکتریکینشان میدهد که بازپخت هیچ تاثیری بر نمونههای تحت تراکمی نداشته است درحالیکه درنمونههای تحت تنش کششی منجر به جبران کمبود اکسیژن و گذار عایق-فلز در نمونههاشده است. همچنین مشاهده شده است که مقدار دمای گذار در لایه با تنش کششی بزرگتر،کمتر است. کلمات کلیدی: 1- منگنایتها2- لایهنشانی به روش لیزرپالسی3- تنش4- نرخ تکرار پالس5- مغناطومقاومت ناهمسانگرد.