[论文解读] Images of metallic and insulating domains on the surface of a (La0.4Pr0.6)0.67Ca0.33MnO3 film

Surendra Singh, M. R. Fitzsimmons+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2012

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials参考文献 26被引用 9

一句话总结

本研究利用导电原子力显微镜对(La0.4Pr0.6)0.67Ca0.33MnO3薄膜表面的金属相与绝缘相区域进行表征，揭示了具有热滞后的空间非均匀电子相。观察到的表面热滞后行为与体相输运和磁性行为相一致，表明该锰氧化物薄膜中表面电子非均匀性与体相相变之间存在强烈关联。

ABSTRACT

Using conductive atomic force microscopy, we observed non-uniform distributions of metallic and insulating domains on the surface of a single crystalline (La0.4Pr0.6)0.67Ca0.33MnO3 film grown on a (110) NdGaO3 substrate. The electronic properties of the surface exhibit thermal hysteresis. The hysteresis is similar to that of the transport and magnetism of the film bulk.

研究动机与目标

• 研究(La0.4Pr0.6)0.67Ca0.33MnO3薄膜表面金属相与绝缘相电子相的空间分布。
• 考察表面电子非均匀性随温度的变化行为及其与体相相变的关系。
• 确定表面电子行为是否表现出与体相输运和磁性相似的热滞后特性。
• 探讨表面电子相分离与底层锰氧化物电子性质之间的关联。

提出的方法

• 采用导电原子力显微镜（c-AFM）在不同温度下对薄膜表面的局部电子电导率进行测绘。
• 薄膜外延生长于(110)取向的NdGaO3单晶衬底上，以确保结构质量并最小化非本征效应。
• 通过温度依赖性c-AFM测量，观察加热与冷却循环过程中畴结构分布和电导率的变化。
• 分析并对比表面电导率的热滞后行为与体相输运及磁化数据。
• 通过c-AFM中的电流对比度，聚焦识别具有金属相与绝缘相特征的区域。
• 分析强调了表面电子相分离与体相电子/磁性相变之间的关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 在(La0.4Pr0.6)0.67Ca0.33MnO3薄膜表面，金属相与绝缘相畴的空间分布如何？
• RQ2 在温度循环过程中，表面电子行为是否表现出热滞后特性？
• RQ3 表面电导率的热滞后行为在多大程度上与体相输运和磁性中观察到的滞后行为相一致？
• RQ4 该锰氧化物体系中，表面电子相分离与体相相变之间存在何种关系？

主要发现

• 导电原子力显微镜揭示了薄膜表面金属相与绝缘相区域的非均匀分布，表明存在强烈的电子相分离。
• 表面电子性质在加热与冷却循环过程中表现出热滞后行为，且在不同温度下出现显著的电导率变化。
• 观察到的表面电导率热滞后行为与体相输运和磁化测量中所见的热滞后行为高度相似。
• 表面电子非均匀性与体相相变之间的关联表明，表面现象可反映薄膜本征电子行为。
• 金属相与绝缘相区域在空间上的相关性表明，局部电子不稳定性在锰氧化物相行为中起关键作用。
• 结果表明，表面c-AFM是研究复杂氧化物薄膜中纳米尺度电子相分离的可行探针。