La2CuO4体系多层薄膜原子尺度界面工程及界面超导电性研究

本项目拟利用脉冲激光沉积（PLD）的方法结合高气压反射式高能电子衍射仪（RHEED）研究La2CuO4+?薄膜和其他相关的多层膜的制备。探索薄膜生长过程中RHEED强度振荡的周期、幅值、相位等等随激光脉冲频率、衬底温度、氧压、入射电子能量、入射角、方位角等诸多参数的变化，明确layer-by-layer和step-flow两种二维生长模式各自对应的热力学和动力学条件，获得比较明显的与薄膜台阶密度及表面覆盖度直接对应的多周期衍射强度振荡曲线，从而实现严格控制下的单胞层生长，制备出界面原子级光滑、成份陡峭的异质外延结构，和层厚为一两个单胞层的多层膜结构。长期目标是研究氧化物异质外延薄膜表面和界面的新奇物理特性，特别是界面超导电性，尝试通过改变各种外部参数，如磁场、电场、应力等，来调制输运和超导性质，为高温超导的机理提供有意义的信息

关联氧化物原子级别的界面工程是当今国内外凝聚态物理学界广泛关注的问题，是未来氧化物电子学的基础。应用反射式高能电子衍射仪（RHEED）辅助的薄膜生长技术能够制备界面原子级光滑、成份陡峭的氧化物异质外延结构，和层厚为一两个单胞层的数字多层膜结构，而配备了High pressure-RHEED的脉冲激光沉积（PLD）系统在这方面有自己的优势。在本项目研究中我们发挥自己的经验和设备特长，研究氧化物薄膜表面和界面的生长模式和动力学过程，探索薄膜生长模式随激光脉冲频率、衬底温度、氧压等诸多参数的变化规律，明确了layer-by-layer和step-flow两种二维生长模式各自对应的热力学和动力学条件，获得了比较明确的多周期衍射强度振荡曲线，从而能够实现严格控制下的单胞层生长。期间我们升级了图像采集系统，选用数字摄像头和采集卡，灰度等级达到10级，提高了数据精度。定制了新的符合实验要求的电子枪高压电源，减小了入射电子束自身的噪声水平。并且开始搭建基于进口部件的新一代PLD-RHEED系统。在此基础上我们研究了YBa2Cu3O7- 薄膜在SrTiO3（001）基片上最初几个单胞的外延情况，探明生长伊始由于材料供给不足薄膜以较大晶胞参数的赝立方晶格生长，造成其上继续生长的123相失配应力加剧，二维生长模式失败；研究了（110）取向的SrTiO3和LaAlO3基片上20 纳米厚La2/3Ca1/3MnO3薄膜面内的磁电各向异性，探明LCMO/STO无论是磁性质还是电性质都比较简单，容易解析，因此STO（110）基片更适合做多层膜的基底材料去研究其界面性质；研究了SrTiO3（110）基片上La2/3Ca1/3MnO3/ YBa2Cu3O7-双层薄膜的超导电性，以及不同粗糙程度的界面对于双层膜性质的影响，和界面呈现自旋三态超导的可能性；比较了用不同生长方法生长了不同缓冲层的Ni-5 atm%W柔性基带上Y-Ba-Cu-O薄膜的结构及其相应的临界电流密度。项目进行期间累积发表论文14篇，其中SCI索引的12篇，申请发明专利两项，参加国际会议5次国内会议2次并做分组报告或张贴报告。