基于PA-CSD法的Pr1-xMxNiO3(2)(M=Sr,Ca；x= 0~0.2)薄膜制备及其物性研究
近几年，镍酸盐中超导电性的发现引起了人们的广泛关注。本文首次通过高分子辅助化学溶液沉积法，在SrTiO3衬底上成功制备了Pr1-xMxNiO3(2)(M=Sr,Ca;x=0~0.2)薄膜。结构表征的结果表明，Pr1-xMxNiO3薄膜c轴取向良好，表面光滑并且无明显裂纹。随着掺杂量的增加，面外晶格常数c逐渐增大。通过Sr离子与Ca离子的掺杂，母相的金属-绝缘体转变过程被完全抑制，并在整个测量温度区间内表现出金属行为。利用CaH2作为还原剂进行拓扑还原，制备了无限层Pr1-xMxNiO2薄膜。其面外晶格常数c明显小于超导Pr-112相薄膜。所有薄膜都表现出绝缘行为，没有发现超导电性。这些结果表明，无限层镍酸盐的结晶度和精细的结构调节可能是实现超导电性的重要因素。本文具体研究内容如下： 第一章，介绍了无限层镍酸盐中超导电性的发现及研究现状、镍酸盐LnNiO3（Ln:除La外的镧族元素）中出现的金属绝缘转变特性及掺杂半导体材料中的几种导电模型、薄膜的外延生长机理及制备方法，最后介绍了本文的选题意义及实验方法的选择。 第二章，首先介绍了在实验过程中所涉及到的主要化学试剂和实验仪器设备，以及实验中主要的技术路线，最后对样品表征过程中所涉及到的主要表征手段和实验原理进行了介绍。 第三章，通过高分子辅助化学溶液沉积（PA-CSD）法合成了Pr1-xSrxNiO3薄膜，然后通过拓扑还原得到无限层Pr1-xSrxNiO2薄膜，并对其结构和电阻率进行了表征和研究。本实验中制备的Pr1-xSrxNiO3薄膜厚度约为70nm，取向性与结晶度较好，表面光滑致密无明显裂痕。Sr的掺入抑制了母相的金属绝缘转变，导致其在300K以下表现出金属特性。使用CaH2对钙钛矿Pr1-xSrxNiO3薄膜进行拓扑还原，制备出了无限层Pr1-xSrxNiO2薄膜。但是在无限层薄膜中没有观察到超导电性，却表现出绝缘性，这可能是由于还原后的Pr1-xSrxNiO2薄膜结晶度变差及薄膜表面的面内压缩应变减小（面外晶格常数c收缩）所导致，由组分偏离和薄膜退化引起的无序及晶界散射也可能是造成绝缘行为的原因。 第四章，为了探究上一章中提出的薄膜表面面内压缩应变减小对薄膜性质可能存在的影响，我们尝试利用半径比Sr离子小的Ca离子对薄膜进行掺杂，希望对薄膜整体施加一个与基底效果类似的压缩应力。实验方法依然是通过高分子辅助化学溶液沉积(PA-CSD)方法合成了Pr1-xCaxNiO3薄膜，然后通过拓扑还原得到无限层Pr1-xCaxNiO2薄膜，并对其结构和电输运性质进行了研究。研究结果进一步验证了之前对无限层镍酸盐超导可能影响因素的猜想，即薄膜厚度和衬底应力可能是无限层镍酸盐薄膜中出现超导的重要因素。此外，还发现电子能带的调制可能和应变效应有关，这为提供调整镍酸盐特性提供了一种的新思路，即通过镍酸盐中的掺杂剂来调整电子能带。
镍酸盐薄膜;高分子辅助化学溶液沉积法;拓扑还原;绝缘性能;超导电性
西南交通大学
硕士
凝聚态物理
赵勇;陈永亮
2022
中文
TB34
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）