本发明专利技术提供了一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结及其制备方法，所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的厚度为30~60 nm，其包括钌酸锶薄膜和镧锶锰氧薄膜，所述镧锶锰氧薄膜中各成分的摩尔比La∶Sr∶Mn∶O=1‑x∶x∶1∶3，0≤x≤1；所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结是采用脉冲激光沉积法制得的。本发明专利技术钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的制备工艺简单，生产成本低，通过改变镧锶锰氧薄膜中Sr元素的掺杂含量可精确有效调控钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的横向、纵向交换偏置方向和数值，应用前景广阔。
【技术实现步骤摘要】
一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结及其制备方法
本专利技术涉及一种功能氧化物薄膜材料的数据存储
，具体地说是涉及一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结及其制备方法。
技术介绍
交换偏置效应是1956年Meiklefohn和Bean首次发现的存在于铁磁居里温度大于反铁磁奈尔温度的铁磁/反铁磁异质结中的一种常见的现象，这是由于界面铁磁或反铁磁钉扎而引起的磁滞回线沿着场冷方向（或者逆方向）发生的不对称偏移。电子自旋学器件主要是依赖于异质结系统中的铁磁/反铁磁层的交换偏置效应。过渡金属氧化物的交换偏置效应在自旋阀读取磁头、隧穿结新型高密度信息存储器和巨磁电阻传感器等领域具有广泛的应用前景，引起了物理学及材料学等领域广大科研工作者的浓度兴趣。基于过渡族金属氧化物薄膜作为软磁层的氧化物异质结器件具有高的自旋极化率、巨磁电阻效应等优点，研究其交换偏置效应倍受人们关注。交换偏置值的调控可以提高磁存储器件的保真性以及用于设计新型磁场感应器件。然而，一方面，当前研究的氧化物异质结界面的磁耦合与生长条件、界面硬磁层的磁状态有关，薄膜的交换偏置值的调控受到了限制，这种交换偏置值的不可控性阻碍了过渡金属氧化物异质结在微电子器件的实际应用。另一方面，现有报道中虽然发现了基于磁化强度的偏置效应，但是其大小和方向均不可控，限制了基于磁化强度存储的元器件的开发及其应用。同时，信息时代的到来对海量信息的处理能力和存储能力提出了新的挑战和更高的要求。因此，开发一种可简单有效调节交换偏置、磁化强度偏置大小及方向的氧化物薄膜异质结材料和调控方法，对于过渡金属氧化物材料在微电子自旋学器件、数据存储器、传感器和智能变色等领域的实用化具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结，以解决现有材料中交换偏置大小和方向等不可控的问题。本专利技术的目的之二是提供一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的制备方法，以采用经济有效的方法制备得到钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结。本专利技术的目的之三是提供一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结横向、纵向交换偏置数值的调控方法，以采用简便的方法实现钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结横向、纵向交换偏置数值的调控。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结，其厚度为30~60nm；所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结包括钌酸锶薄膜和镧锶锰氧薄膜，所述镧锶锰氧薄膜中所述镧锶锰氧薄膜中各成分的摩尔比La∶Sr∶Mn∶O=1-x∶x∶1∶3，0≤x≤1。所述钌酸锶薄膜的厚度为15~30nm，所述镧锶锰氧薄膜的厚度为15~30nm。所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的横向交换偏置范围为0~150Oe，纵向交换偏置范围为-100~0emu/cc。所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结具有(001)面晶体取向。所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结可生长于SrTiO3(001)、(La,Sr)(Al,Ta)O3(001)、MgO(001)或LaAlO3(001)单晶基片上。优选地，所述镧锶锰氧薄膜中Sr的掺杂含量为10%~100%。本专利技术的目的之二是这样实现的：一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的制备方法，其包括如下步骤：（a）准备钌酸锶靶材和镧锶锰氧靶材，将所述钌酸锶靶材和所述镧锶锰氧靶材分别安放在脉冲激光沉积设备的沉积室中，备用；（b）对基片进行预处理，之后将其放置于脉冲激光沉积设备的沉积室中；（c）在基片温度为700~800℃、氧压为30~50Pa的条件下，采用脉冲激光沉积法用激光先轰击钌酸锶靶材，在所述基片上沉积厚度为15~30nm的钌酸锶薄膜，然后用激光轰击所述镧锶锰氧靶材，在所述钌酸锶薄膜上沉积厚度为15~30nm的镧锶锰氧薄膜，即可得到30~60nm厚的钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结。步骤（a）中，所述钌酸锶靶材和镧锶锰氧靶材可市购，也可采用固态粉末烧结法制备得到。采用固态粉末烧结法制备钌酸锶靶材的方法为：分别称取RuO2、Sr2CO3粉体原料，所述原料纯度均为99.99%，将各原料按照靶材成分摩尔比Sr:Ru:O=1:1:3混合研磨均匀，在700℃~1200℃的温度范围即700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃分别煅烧6次，每次煅烧不少于12h，压制成型后再次烧结20h即可得到纯相的钌酸锶靶材。采用固态粉末烧结法制备镧锶锰氧靶材的方法为：分别称取RuO2、Sr2CO3、MnO2和La2O3粉体原料，所述原料纯度均为99.99%，将各原料按照靶材成分摩尔比La∶Sr∶Mn∶O=1-x∶x∶1∶3（0≤x≤1）分别混合研磨均匀，在700℃~1200℃的温度范围即700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃分别煅烧6次，每次煅烧不少于12h，压制成型后再次烧结20h，即可得到不同Sr含量的LSMO-x（0≤x≤1）靶材。优选地，所述镧锶锰氧薄膜中Sr的掺杂含量为10%~100%，即0.1≤x≤1。步骤（b）中，所述基片为SrTiO3(001)、LaAlO3(001)、(La,Sr)(Al,Ta)O3(001)或MgO(001)单晶基片。对SrTiO3(001)单晶基片进行预处理的方法为：分别将基片在丙酮和酒精溶液中超声波清洗各20min，氮气吹干后，将其在真空下升温至750℃，保温30min。对LaAlO3(001)单晶基片进行预处理的方法为：分别将基片在丙酮和酒精溶液中超声波清洗各20min，氮气吹干后，将其在真空下升温至1200℃，保温30min。对(La,Sr)(Al,Ta)O3(001)或MgO(001)单晶基片进行预处理的方法为：分别将基片在丙酮和酒精溶液中超声波清洗各20min，氮气吹干后备用。所述丙酮溶液为浓度为99.5%的丙酮；所述酒精溶液为含量为99.7%的酒精溶液。步骤（c）中，采用脉冲激光沉积法进行沉积时，激光能量密度为1.0~1.5J/cm2，靶材与基片间的距离为4~5cm。步骤（d）中，优选地，将制得的钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结薄膜材料在半个大气氧压下原位退火30min，然后以2℃/min的速率冷却到室温。本专利技术的目的之三是这样实现的：一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的横向、纵向交换偏置的调控方法，所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结钌酸锶薄膜和镧锶锰氧薄膜，其是通过改变所述镧锶锰氧薄膜中Sr元素的掺杂含量而实现的，所述镧锶锰氧薄膜中各成分的摩尔比La∶Sr∶Mn∶O=1-x∶x∶1∶3，0≤x≤1。本专利技术钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结通过改变镧锶锰氧薄膜中Sr元素的掺杂含量可精确有效调控钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的横向、纵向交换偏置方向和数值。当Sr元素的含量x从0增大到1时，所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的横向交换偏置范围为0~150Oe，纵向交换偏置范围为-100~0emu/cc。具体地，当Sr元素的含量x从0增大到0.2时，该异质结材料的纵向负交换偏置数值逐渐减小；当Sr元素的含量x为0.2时，纵向负交换偏置数值最小为-100emu/cc；当Sr元素的含量x从0.2增大到0.5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结，其特征在于，其厚度为30~60 nm；所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结包括钌酸锶薄膜和镧锶锰氧薄膜，所述镧锶锰氧薄膜中各成分的摩尔比La∶Sr∶Mn∶O=1‑x∶x∶1∶3，0≤x≤1。
【技术特征摘要】
1.一种钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结，其特征在于，其厚度为30~60nm；所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结包括钌酸锶薄膜和镧锶锰氧薄膜，所述镧锶锰氧薄膜中各成分的摩尔比La∶Sr∶Mn∶O=1-x∶x∶1∶3，0≤x≤1。2.根据权利要求1所述的钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结，其特征在于，所述钌酸锶薄膜的厚度为15~30nm，所述镧锶锰氧薄膜的厚度为15~30nm。3.根据权利要求1所述的钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结，其特征在于，所述钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的横向交换偏置范围为0~150Oe，纵向交换偏置范围为-100~0emu/cc。4.一种权利要求1所述的钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（a）准备钌酸锶靶材和镧锶锰氧靶材，将所述钌酸锶靶材和所述镧锶锰氧靶材分别安放在脉冲激光沉积设备的沉积室中，备用；（b）对基片进行预处理，之后将其放置于脉冲激光沉积设备的沉积室中；（c）在基片温度为700~800℃、氧压为30~50Pa的条件下，采用脉冲激光沉积法用激光先轰击钌酸锶靶材，在所述基片上沉积厚度为15~30nm的钌酸锶薄膜，然后用激光轰击所述镧锶锰氧靶材，在所述钌酸锶薄膜上沉积厚度为15~30nm的镧锶锰氧薄膜，即可得到30~60nm厚的钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结。5.根据权利要求4所述的钌酸锶/镧锶锰氧过渡金属氧化物异质结的制备方法，其特征在于，步骤（b）中，所述基片为SrTiO3(001)、LaAlO3(001)、(La,Sr)(Al,Ta)O...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明敬，宁兴坤，方立德，孟庆刚，王江龙，王淑芳，李小亭，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13
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