基于超快X射线衍射的La0.7A0.3MnO3薄膜瞬态磁序相变结构动力学研究

Photoinduced ultrafast magnetic phase transition shows the enormous application potential of ferrimagnetic materials in the fields of sense, microwave devices, information storage, and multi-state random access memory and so on. Thorough understanding of the micromechanism of the ultrafast phase transition will give impetus to the application process of ferrimagnetic materials. Rich physical properties of La1-xAxMnO3 (A=Sr, Ca……), such as ferromagnetic and electrical conduction coupling, colossal magnetoresistance effect, and matel-insulator phase transition, endow them as ideal materials for revealing the micromechanism of the photoinduced magnetic phase transition. In this project, structural dynamics of the transient magnetic phase transition in La0.7A0.3MnO3 thin films will be detected directly using ultrafast X-ray diffraction. The loss of internal and structural information in time-resolved reflectivity/transmission and magneto-optic Kerr effect research on this kind of materials will be aseembled. This study will supply direct judgement basis for understanding how the lattice system participate in and impact the ultrafast magnetic phase transition.

光致超快磁序相变现象展示了铁磁材料在传感、微波器件、信息存储、随机存取多状态记忆等技术领域巨大的应用潜力。深入理解光致超快磁序相变微观机制可以推动铁磁材料的应用进程。La1-xAxMnO3（A=Sr, Ca, ……）铁磁材料具有庞磁电阻效应、铁磁性与导电性强烈耦合、金属-绝缘体相变等丰富的物理特性，是探索光致超快磁序相变微观机制的理想材料。本项目拟主要采用时间分辨超快X射线衍射技术，直接探测La0.7A0.3MnO3（LAMO）的光致超快磁序相变结构动力学过程，弥补时间分辨超快光反射/透射率及超快kerr等纯光学研究中材料内部及结构信息的缺失，为深入理解晶格系统如何参与并且影响光致超快磁序相变过程提供直接判断依据。

光致超快磁序相变现象展示了铁磁材料在传感、微波器件、信息存储、随机存取多状态记忆等技术领域巨大的应用潜力。本课题运用多种超快时间分辨技术，针对光致超快磁序相变的微观物理机制展开研究。首先，我们通过对三种结构相似而庞磁电阻效应强度差别较大的钙钛矿锰氧化物材料La0.7Ca0.3MnO3、La0.7(Ca0.58Sr0.42)0.3MnO3和La0.7Sr0.3MnO3中的极化子动力学过程进行研究，发现较强的极化子-极化子相互作用是导致较强庞磁电阻效应的关键因素。其次，运用飞秒激光对La0.7(Ca0.58Sr0.42)0.3MnO3进行光激发，我们首次在室温下实现了铁磁“隐态”的产生，通过运用多种超快时间分辨技术我们分别研究了电子、自旋和晶格动力学过程，推断此铁磁“隐态”源于相邻反铁磁链间的Mn_(x^2-r^2/y^2-r^2)^(3+) Mn^(4+)→Mn^(4+) Mn_(z^2-r^2)^(3+)电子跃迁所引发的电子自旋和轨道的重新排布，最终导致晶格结构的重新排布。最后，我们研究了晶格结构、表面势能场等因素对钙钛矿材料中载流子动力学过程的影响，证实钙钛矿结构中八面体亚晶格系统是影响载流子复合和扩散速率的主要因素，而表面瞬态电场可能是诱导超快磁序相变的根本因素。此研究为我们理解钙钛矿结构强关联电子材料内电子、自旋、晶格等自由度之间的相互作用，以及光致超快磁序相变微观物理机制提供了重要依据，为具有应用价值的新物相的产生和主动调控提供了新路径。