應(yīng)力調(diào)控下La?.?Ca?.?MnO?薄膜的電致電阻及相分離行為研究一、引言1.1研究背景在現(xiàn)代凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域，強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系一直是研究的核心熱點(diǎn)之一，其內(nèi)部電子間存在著復(fù)雜且強(qiáng)烈的相互作用，從而衍生出一系列新奇的物理現(xiàn)象和獨(dú)特性質(zhì)，為新型功能材料的研發(fā)與應(yīng)用提供了廣闊的探索空間。錳氧化物作為強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系的典型代表，憑借其豐富的物理內(nèi)涵和潛在的應(yīng)用價(jià)值，吸引了眾多科研人員的目光。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳氧化物，其通式通?？杀硎緸镽_{1-x}A_xMnO_3（其中R代表稀土元素，如La、Pr等；A代表堿土元素，如Ca、Sr等；x表示摻雜濃度），展現(xiàn)出電荷、軌道、自旋和晶格等多個(gè)自由度之間的強(qiáng)耦合特性。這種強(qiáng)耦合使得錳氧化物呈現(xiàn)出諸如巨磁電阻（CMR）效應(yīng)、電荷有序、軌道有序以及電子相分離等一系列奇異的物理現(xiàn)象。巨磁電阻效應(yīng)是指材料的電阻在外磁場作用下發(fā)生顯著變化，其變化幅度可達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這一特性在磁存儲(chǔ)和磁傳感器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。電荷有序和軌道有序現(xiàn)象則與電子的排布和相互作用密切相關(guān)，對(duì)材料的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。在眾多錳氧化物材料中，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜由于其獨(dú)特的物理性質(zhì)，成為了研究的重點(diǎn)對(duì)象。在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3中，Ca^{2+}對(duì)La^{3+}的部分取代，導(dǎo)致了體系中Mn^{3+}和Mn^{4+}離子的共存。Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間通過雙交換相互作用，使得電子能夠在不同價(jià)態(tài)的錳離子之間轉(zhuǎn)移，從而對(duì)材料的電輸運(yùn)和磁性產(chǎn)生關(guān)鍵影響。這種雙交換相互作用不僅依賴于電子的自旋狀態(tài)，還與晶格結(jié)構(gòu)和離子間的距離密切相關(guān)，使得La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜在電輸運(yùn)和磁學(xué)性質(zhì)方面表現(xiàn)出強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)性和對(duì)外界刺激的敏感性。從電致電阻特性來看，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜在電場作用下，其電阻能夠發(fā)生顯著且可逆的變化，即電致電阻效應(yīng)。這一效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制與薄膜內(nèi)部的電子結(jié)構(gòu)、載流子傳輸以及缺陷狀態(tài)等因素緊密相關(guān)。研究表明，電場可以改變薄膜中Mn^{3+}和Mn^{4+}離子的相對(duì)比例，進(jìn)而影響雙交換相互作用的強(qiáng)度，最終導(dǎo)致電阻的變化。這種電致電阻效應(yīng)為新型電阻式存儲(chǔ)器件的研發(fā)提供了潛在的材料基礎(chǔ)，有望實(shí)現(xiàn)高性能、低功耗的非易失性存儲(chǔ)。相分離現(xiàn)象在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中也十分顯著，在一定溫度和摻雜范圍內(nèi)，薄膜內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相的共存與競爭。這種相分離并非簡單的宏觀相分離，而是在微觀尺度上形成了復(fù)雜的相分布結(jié)構(gòu)。不同相之間的界面和相互作用對(duì)薄膜的宏觀物理性質(zhì)有著重要影響，例如，相分離區(qū)域的存在會(huì)導(dǎo)致載流子的散射增強(qiáng)，從而影響電輸運(yùn)性質(zhì)；同時(shí)，不同相的磁性差異也會(huì)對(duì)整體磁學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生復(fù)雜的調(diào)制作用。理解和調(diào)控相分離現(xiàn)象，對(duì)于深入探究La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的物理性質(zhì)和開發(fā)新型功能器件具有至關(guān)重要的意義。應(yīng)力作為一種重要的外部調(diào)控手段，對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的物理性質(zhì)有著顯著的影響。當(dāng)薄膜與襯底之間存在晶格失配時(shí)，會(huì)在薄膜內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力可以通過改變晶格常數(shù)、鍵長和鍵角，進(jìn)而影響Mn-O-Mn鍵的幾何結(jié)構(gòu)和電子云分布。例如，壓應(yīng)力可能會(huì)增強(qiáng)Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用，促進(jìn)鐵磁金屬相的形成，降低薄膜電阻；而張應(yīng)力則可能產(chǎn)生相反的效果。通過精確控制應(yīng)力的大小和方向，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜電輸運(yùn)和磁學(xué)性質(zhì)的有效調(diào)控，為制備具有特定性能的薄膜材料和器件提供了新的途徑。1.2研究目的與意義本研究旨在深入剖析La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻效應(yīng)、相分離現(xiàn)象以及應(yīng)力對(duì)其物理性質(zhì)的調(diào)控機(jī)制，具體目標(biāo)如下：揭示電致電阻效應(yīng)機(jī)制：通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，明確La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜在電場作用下電阻變化的微觀機(jī)制，包括電子結(jié)構(gòu)的改變、載流子的輸運(yùn)過程以及缺陷與電場的相互作用等，為電致電阻效應(yīng)在電阻式存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。闡明相分離現(xiàn)象本質(zhì)：借助先進(jìn)的表征技術(shù)，如掃描隧道顯微鏡（STM）、磁力顯微鏡（MFM）和同步輻射X射線衍射等，深入研究La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中相分離的微觀結(jié)構(gòu)、相分布特征以及相之間的相互作用，揭示相分離對(duì)薄膜電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律，進(jìn)一步完善對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中相分離現(xiàn)象的理解。建立應(yīng)力調(diào)控物理性質(zhì)的定量關(guān)系：通過在不同晶格常數(shù)的襯底上生長La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜，精確控制薄膜內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，并結(jié)合第一性原理計(jì)算和相場模擬，研究應(yīng)力對(duì)薄膜晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及物理性質(zhì)的影響，建立應(yīng)力與物理性質(zhì)之間的定量關(guān)系，為通過應(yīng)力工程制備高性能的La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜材料提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。本研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值：科學(xué)意義：La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜作為強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系的典型代表，深入研究其電致電阻、相分離與應(yīng)力調(diào)控之間的關(guān)系，有助于揭示強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中電子-電子、電子-晶格相互作用的本質(zhì)，豐富和完善凝聚態(tài)物理理論，為理解其他強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料的物理性質(zhì)提供重要的參考和借鑒。此外，研究過程中所采用的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論計(jì)算方法，也將推動(dòng)材料表征技術(shù)和理論計(jì)算方法的發(fā)展，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合。應(yīng)用價(jià)值：本研究成果對(duì)新型電子器件的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。電致電阻效應(yīng)在電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM）中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，通過深入理解其機(jī)制，有望實(shí)現(xiàn)RRAM的高性能、低功耗和高可靠性。對(duì)相分離現(xiàn)象的調(diào)控可以開發(fā)出具有特殊電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)的功能材料，應(yīng)用于傳感器、自旋電子學(xué)器件等領(lǐng)域。而應(yīng)力調(diào)控技術(shù)則為制備具有特定性能的薄膜材料提供了新的途徑，有助于實(shí)現(xiàn)電子器件的小型化、集成化和高性能化，推動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展。1.3研究現(xiàn)狀與問題在電致電阻效應(yīng)的研究方面，盡管科研人員已對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜開展了大量實(shí)驗(yàn)與理論工作，但目前仍存在一些關(guān)鍵問題尚未得到清晰解答。從實(shí)驗(yàn)角度來看，不同研究小組所報(bào)道的電致電阻效應(yīng)的具體表現(xiàn)存在差異，包括電阻變化幅度、響應(yīng)時(shí)間以及穩(wěn)定性等方面。這可能源于薄膜制備工藝的差異，如脈沖激光沉積（PLD）、分子束外延（MBE）、磁控濺射等方法制備的薄膜，其晶體結(jié)構(gòu)、缺陷密度和界面特性各不相同，從而對(duì)電致電阻效應(yīng)產(chǎn)生顯著影響。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中所采用的測量條件，如電場強(qiáng)度、溫度和頻率等，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不一致性。在理論研究方面，雖然提出了多種模型來解釋電致電阻機(jī)制，如界面肖特基模型、傳導(dǎo)絲模型、氧離子遷移模型等，但這些模型往往只能部分解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，難以形成一個(gè)統(tǒng)一、全面的理論框架。例如，傳導(dǎo)絲模型能夠較好地解釋電阻在高低阻態(tài)之間的突然轉(zhuǎn)變，但對(duì)于一些薄膜中出現(xiàn)的連續(xù)、漸變的電致電阻現(xiàn)象則難以給出合理的解釋；而氧離子遷移模型在解釋某些具有特定氧缺陷濃度的薄膜的電致電阻行為時(shí)較為有效，但對(duì)于氧含量相對(duì)穩(wěn)定的薄膜體系，其解釋能力則相對(duì)有限。對(duì)于相分離現(xiàn)象，當(dāng)前研究在相分離的微觀結(jié)構(gòu)表征和相之間相互作用的定量描述上仍存在不足。在微觀結(jié)構(gòu)表征方面，雖然高分辨率的掃描隧道顯微鏡（STM）和透射電子顯微鏡（TEM）等技術(shù)能夠提供相分離區(qū)域的形貌信息，但對(duì)于一些相分離尺度較?。ń咏鼉x器分辨率極限）或相之間對(duì)比度較低的情況，準(zhǔn)確識(shí)別和分析相分離結(jié)構(gòu)仍具有挑戰(zhàn)性。此外，現(xiàn)有的表征技術(shù)往往只能提供某一特定時(shí)刻或某一特定條件下的相分離信息，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)相分離動(dòng)態(tài)演化過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在相之間相互作用的定量描述方面，目前主要通過理論計(jì)算和模擬來研究不同相之間的界面能、電荷轉(zhuǎn)移和磁相互作用等，但計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的定量匹配仍存在一定差距。例如，理論計(jì)算預(yù)測的相分離區(qū)域的電荷分布和磁矩方向，與實(shí)驗(yàn)中通過磁力顯微鏡（MFM）和掃描微波阻抗顯微鏡（sMIM）等技術(shù)測量得到的結(jié)果不完全一致，這表明我們對(duì)相之間相互作用的理解還不夠深入，需要進(jìn)一步完善理論模型并結(jié)合更精確的實(shí)驗(yàn)測量進(jìn)行研究。在應(yīng)力對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜物理性質(zhì)的調(diào)控研究中，雖然已經(jīng)明確應(yīng)力能夠顯著影響薄膜的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，但在應(yīng)力調(diào)控的精確性和可重復(fù)性方面還存在問題。一方面，目前實(shí)現(xiàn)應(yīng)力調(diào)控的方法主要是通過選擇不同晶格常數(shù)的襯底或利用外部機(jī)械加載裝置，但這些方法往往難以精確控制應(yīng)力的大小和方向，導(dǎo)致應(yīng)力在薄膜中的分布不均勻，從而影響對(duì)薄膜物理性質(zhì)的調(diào)控效果。另一方面，不同實(shí)驗(yàn)條件下（如不同的薄膜生長工藝、襯底材料和溫度等），應(yīng)力與薄膜物理性質(zhì)之間的關(guān)系存在差異，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性較差。此外，對(duì)于應(yīng)力與電致電阻效應(yīng)、相分離現(xiàn)象之間的耦合作用機(jī)制，目前的研究還相對(duì)較少，缺乏系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究來深入探討它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，應(yīng)力如何影響電致電阻效應(yīng)中的電荷輸運(yùn)過程以及相分離過程中的相轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)，這些問題都有待進(jìn)一步研究。綜上所述，現(xiàn)有研究在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻機(jī)制、相分離調(diào)控及應(yīng)力作用研究中存在諸多不足。本研究將針對(duì)這些問題，通過優(yōu)化薄膜制備工藝、采用先進(jìn)的表征技術(shù)和理論計(jì)算方法，深入探究電致電阻、相分離與應(yīng)力調(diào)控之間的關(guān)系，以期為該領(lǐng)域的發(fā)展提供新的見解和理論支持。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1La?.?Ca?.?MnO?薄膜的基本性質(zhì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其晶體結(jié)構(gòu)通式為ABO_3。在這種結(jié)構(gòu)中，A位通常由稀土離子（如La^{3+}）占據(jù)，B位則由過渡金屬離子（如Mn^{3+}和Mn^{4+}）占據(jù)，氧離子（O^{2-}）位于八面體的頂點(diǎn)位置，形成MnO_6八面體結(jié)構(gòu)。La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3中，由于Ca^{2+}部分取代La^{3+}，使得A位離子半徑發(fā)生變化，進(jìn)而影響了MnO_6八面體的結(jié)構(gòu)和排列方式。這種結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致了Mn-O-Mn鍵角和鍵長的改變，對(duì)薄膜的物理性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。例如，Mn-O-Mn鍵角的變化會(huì)改變Mn離子之間的電子相互作用，進(jìn)而影響雙交換相互作用的強(qiáng)度。從電子結(jié)構(gòu)來看，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3中Mn離子存在Mn^{3+}和Mn^{4+}兩種價(jià)態(tài)。Mn^{3+}的電子組態(tài)為t_{2g}^3e_g^1，Mn^{4+}的電子組態(tài)為t_{2g}^3e_g^0。在該體系中，Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間通過雙交換相互作用實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移。具體來說，Mn^{3+}的e_g電子可以通過氧離子的2p軌道與相鄰的Mn^{4+}進(jìn)行耦合，當(dāng)Mn^{3+}和Mn^{4+}的自旋方向平行時(shí)，電子轉(zhuǎn)移的能量較低，體系處于低電阻的鐵磁金屬相；而當(dāng)自旋方向反平行時(shí)，電子轉(zhuǎn)移受到阻礙，體系呈現(xiàn)高電阻的絕緣相。這種電子結(jié)構(gòu)和相互作用機(jī)制使得La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電輸運(yùn)和磁學(xué)性質(zhì)緊密相關(guān)。Ca摻雜對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的結(jié)構(gòu)和電子態(tài)有著顯著的影響。在結(jié)構(gòu)方面，Ca^{2+}的離子半徑（0.106nm）小于La^{3+}的離子半徑（0.136nm），Ca^{2+}取代La^{3+}后會(huì)導(dǎo)致A位平均離子半徑減小，使得MnO_6八面體發(fā)生畸變。這種畸變會(huì)改變Mn-O-Mn鍵的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響雙交換相互作用的強(qiáng)度和電子的傳輸路徑。例如，當(dāng)MnO_6八面體畸變程度增大時(shí)，Mn-O-Mn鍵角偏離理想的180^{\circ}，雙交換相互作用減弱，電子傳輸受到阻礙，薄膜電阻增大。在電子態(tài)方面，Ca摻雜引入了額外的空穴，改變了Mn^{3+}和Mn^{4+}的相對(duì)比例。隨著Ca摻雜濃度的增加，Mn^{4+}的含量增多，體系中的空穴濃度增大。這些空穴在MnO_6八面體網(wǎng)絡(luò)中傳輸，對(duì)電輸運(yùn)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。同時(shí)，空穴濃度的變化也會(huì)影響雙交換相互作用和磁學(xué)性質(zhì)。例如，適量的Ca摻雜可以增強(qiáng)雙交換相互作用，提高薄膜的鐵磁轉(zhuǎn)變溫度和飽和磁化強(qiáng)度；但當(dāng)Ca摻雜濃度過高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致晶格畸變過大，破壞雙交換相互作用，使鐵磁相減弱，出現(xiàn)相分離現(xiàn)象。2.2電致電阻效應(yīng)原理電致電阻效應(yīng)是指材料在電場作用下電阻發(fā)生顯著且可逆變化的現(xiàn)象，在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中，這一效應(yīng)的產(chǎn)生源于多種復(fù)雜的物理機(jī)制，涉及載流子遷移率變化、晶格畸變影響以及缺陷與電場的相互作用等多個(gè)方面。從載流子遷移率變化的角度來看，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中的電輸運(yùn)主要依賴于Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間通過雙交換相互作用實(shí)現(xiàn)的電子轉(zhuǎn)移。在電場作用下，電子的能量狀態(tài)和波函數(shù)分布會(huì)發(fā)生改變，從而影響電子在晶格中的遷移率。當(dāng)施加電場時(shí)，電子受到電場力的作用，其運(yùn)動(dòng)方向和速度分布發(fā)生變化。如果電場方向與電子的初始運(yùn)動(dòng)方向一致，電子將獲得額外的能量，其遷移率可能會(huì)增加，導(dǎo)致薄膜電阻降低；反之，如果電場方向與電子的初始運(yùn)動(dòng)方向相反，電子的遷移率則可能減小，電阻增大。此外，電場還可能改變Mn^{3+}和Mn^{4+}離子的相對(duì)比例。由于電場對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的作用不同，會(huì)使得Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的電子轉(zhuǎn)移速率發(fā)生變化，進(jìn)而影響雙交換相互作用的強(qiáng)度。當(dāng)雙交換相互作用增強(qiáng)時(shí)，電子在晶格中的遷移更加順暢，載流子遷移率提高，薄膜呈現(xiàn)低電阻態(tài)；而當(dāng)雙交換相互作用減弱時(shí)，電子遷移受阻，載流子遷移率降低，薄膜電阻增大。晶格畸變對(duì)電致電阻效應(yīng)也有著重要影響。La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶體結(jié)構(gòu)中，MnO_6八面體的結(jié)構(gòu)和排列方式對(duì)電輸運(yùn)性質(zhì)起著關(guān)鍵作用。在電場作用下，由于離子的位移和電子云分布的改變，會(huì)導(dǎo)致晶格發(fā)生畸變。這種晶格畸變會(huì)改變Mn-O-Mn鍵的鍵長和鍵角，進(jìn)而影響雙交換相互作用的強(qiáng)度。當(dāng)晶格發(fā)生畸變使得Mn-O-Mn鍵角偏離理想的180^{\circ}時(shí)，雙交換相互作用減弱，電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的轉(zhuǎn)移受到阻礙，載流子遷移率降低，薄膜電阻增大。相反，若電場引起的晶格畸變有利于Mn-O-Mn鍵的優(yōu)化，使得雙交換相互作用增強(qiáng)，則載流子遷移率提高，薄膜電阻降低。例如，當(dāng)電場誘導(dǎo)產(chǎn)生的晶格畸變使得Mn-O鍵長縮短時(shí)，Mn離子與氧離子之間的電子云重疊程度增加，有利于電子的轉(zhuǎn)移，從而降低薄膜電阻。薄膜中的缺陷，如氧空位、雜質(zhì)原子等，與電場的相互作用也是電致電阻效應(yīng)產(chǎn)生的重要原因。氧空位是La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中常見的缺陷類型。在電場作用下，氧空位可能會(huì)發(fā)生遷移和聚集。氧空位的遷移會(huì)導(dǎo)致局部電子結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響載流子的傳輸路徑和遷移率。當(dāng)氧空位聚集形成團(tuán)簇時(shí)，可能會(huì)在薄膜中形成局部的絕緣區(qū)域，阻礙電子的傳輸，導(dǎo)致電阻增大。另一方面，雜質(zhì)原子的存在也會(huì)對(duì)電致電阻效應(yīng)產(chǎn)生影響。雜質(zhì)原子可能會(huì)引入額外的能級(jí)，改變薄膜的電子結(jié)構(gòu)。如果雜質(zhì)原子形成的能級(jí)能夠捕獲或釋放載流子，就會(huì)影響載流子的濃度和遷移率，從而改變薄膜的電阻。例如，當(dāng)雜質(zhì)原子作為施主時(shí)，會(huì)向薄膜中提供額外的電子，增加載流子濃度，可能導(dǎo)致電阻降低；而當(dāng)雜質(zhì)原子作為受主時(shí)，會(huì)捕獲電子，減少載流子濃度，可能使電阻增大。2.3相分離理論相分離是指物質(zhì)在一定條件下，從單一均勻相轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)不同相共存的現(xiàn)象。在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中，相分離表現(xiàn)為鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相在微觀尺度上的共存。這種相分離現(xiàn)象并非簡單的宏觀相分離，而是在納米至微米尺度上形成了復(fù)雜的相分布結(jié)構(gòu)。在低溫下，由于熱漲落較小，體系傾向于形成能量較低的有序相，此時(shí)反鐵磁絕緣相的比例可能會(huì)增加；而在高溫下，熱漲落增強(qiáng)，體系的無序度增加，鐵磁金屬相的比例可能會(huì)上升。在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中，不同相之間存在著強(qiáng)烈的競爭與共存關(guān)系。從能量角度來看，鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相具有不同的自由能。在一定的溫度和摻雜濃度下，體系會(huì)通過相分離來調(diào)整不同相的比例，以達(dá)到自由能的最小值。當(dāng)體系處于相分離狀態(tài)時(shí)，不同相之間的界面能也是一個(gè)重要的因素。界面能的存在會(huì)阻礙相分離的進(jìn)一步發(fā)展，使得體系在一定程度上維持不同相的共存。相分離對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的物理性質(zhì)有著重要影響。在電學(xué)性質(zhì)方面，相分離區(qū)域的存在會(huì)導(dǎo)致載流子的散射增強(qiáng)。當(dāng)電子在薄膜中傳輸時(shí)，遇到不同相之間的界面，會(huì)發(fā)生散射，從而增加電阻。例如，在鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相的界面處，由于電子的自旋狀態(tài)和能量狀態(tài)發(fā)生變化，電子的傳輸受到阻礙，使得薄膜的電阻增大。此外，相分離還會(huì)影響薄膜的磁學(xué)性質(zhì)。不同相的磁性差異會(huì)導(dǎo)致磁疇結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，影響磁矩的排列和磁相互作用。在相分離區(qū)域，磁疇的邊界增多，磁疇壁的移動(dòng)受到阻礙，從而影響薄膜的磁化過程和磁滯回線的形狀。2.4應(yīng)力作用原理在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的研究中，應(yīng)力的產(chǎn)生主要源于薄膜與襯底之間的晶格失配以及熱膨脹系數(shù)的差異。當(dāng)在襯底上生長La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜時(shí)，如果襯底的晶格常數(shù)與薄膜的晶格常數(shù)不匹配，在薄膜生長過程中，為了保持界面的連續(xù)性，薄膜會(huì)發(fā)生彈性形變，從而產(chǎn)生應(yīng)力。例如，當(dāng)襯底的晶格常數(shù)小于薄膜的晶格常數(shù)時(shí)，薄膜在平行于襯底的方向上會(huì)受到壓縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力；反之，當(dāng)襯底的晶格常數(shù)大于薄膜的晶格常數(shù)時(shí)，薄膜會(huì)受到拉伸，產(chǎn)生張應(yīng)力。此外，在薄膜制備過程中的冷卻階段，由于薄膜和襯底的熱膨脹系數(shù)不同，也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。如果薄膜的熱膨脹系數(shù)大于襯底的熱膨脹系數(shù)，冷卻時(shí)薄膜的收縮程度大于襯底，薄膜會(huì)受到拉伸應(yīng)力；反之，則會(huì)受到壓應(yīng)力。應(yīng)力對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格參數(shù)有著顯著的影響。在應(yīng)力作用下，薄膜的晶格會(huì)發(fā)生畸變，晶格參數(shù)如晶格常數(shù)、鍵長和鍵角會(huì)發(fā)生改變。對(duì)于La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，MnO_6八面體是其基本結(jié)構(gòu)單元。當(dāng)薄膜受到壓應(yīng)力時(shí)，MnO_6八面體在應(yīng)力方向上會(huì)發(fā)生收縮，導(dǎo)致Mn-O鍵長縮短，鍵角發(fā)生變化。這種晶格畸變會(huì)影響Mn-O-Mn鍵的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用。由于Mn-O-Mn鍵角的改變，電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間轉(zhuǎn)移的路徑和能量狀態(tài)發(fā)生變化，雙交換相互作用的強(qiáng)度也隨之改變。當(dāng)鍵角接近理想的180^{\circ}時(shí)，雙交換相互作用較強(qiáng)，有利于電子的轉(zhuǎn)移；而當(dāng)鍵角偏離180^{\circ}較大時(shí)，雙交換相互作用減弱，電子轉(zhuǎn)移受到阻礙。從原子層面來看，應(yīng)力導(dǎo)致的晶格畸變會(huì)改變?cè)娱g的距離和相對(duì)位置，進(jìn)而影響原子鍵長和鍵角。在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中，Mn、O等原子之間通過化學(xué)鍵相互連接。應(yīng)力作用下，原子間的平衡位置被打破，鍵長和鍵角發(fā)生變化。這種變化會(huì)影響原子的電子云分布和相互作用，從而對(duì)薄膜的物理性質(zhì)產(chǎn)生影響。例如，鍵長的改變會(huì)影響電子云的重疊程度，進(jìn)而影響電子的傳輸能力；鍵角的變化則會(huì)改變?cè)娱g的相互作用方向和強(qiáng)度，對(duì)晶體的對(duì)稱性和電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。三、實(shí)驗(yàn)方法與材料3.1薄膜制備本研究采用脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)制備La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜。脈沖激光沉積是一種先進(jìn)的物理氣相沉積技術(shù)，其原理基于高能量密度的脈沖激光與靶材之間的相互作用。當(dāng)高功率脈沖激光聚焦于靶材表面時(shí)，在極短的脈沖時(shí)間內(nèi)，靶材吸收激光能量，光斑處的溫度迅速升高至靶材的蒸發(fā)溫度以上，從而產(chǎn)生高溫及燒蝕現(xiàn)象。此時(shí)，靶材汽化蒸發(fā)，有原子、分子、電子、離子和分子團(tuán)簇及微米尺度的液滴、固體顆粒等從靶的表面逸出。這些被蒸發(fā)出來的物質(zhì)繼續(xù)和激光相互作用，溫度進(jìn)一步提高，形成區(qū)域化的高溫高密度等離子體。等離子體通過逆韌致吸收機(jī)制吸收光能，被加熱到10^4K以上，形成一個(gè)具有致密核心的明亮的等離子體火焰。等離子體火焰形成后，與激光束繼續(xù)作用，進(jìn)一步電離，其溫度和壓力迅速升高，并在靶面法線方向形成大的溫度和壓力梯度，使其沿該方向向外作等溫（激光作用時(shí)）和絕熱（激光終止后）膨脹。此時(shí)，電荷云的非均勻分布形成相當(dāng)強(qiáng)的加速電場，在這些極端條件下，高速膨脹過程發(fā)生在數(shù)十納秒瞬間，迅速形成了一個(gè)沿法線方向向外的細(xì)長的等離子體羽輝。最后，等離子體在基片上成核、長大形成薄膜。激光等離子體中的高能粒子轟擊基片表面，使其產(chǎn)生不同程度的粗射式損傷，其中之一就是原子濺射。入射粒子流和濺射原子之間形成了熱化區(qū)，一旦粒子的凝聚速率大于濺射原子的飛濺速率，熱化區(qū)就會(huì)消散，粒子在基片上生長出薄膜。相較于其他薄膜制備方法，如分子束外延（MBE）、磁控濺射等，脈沖激光沉積技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，使其成為制備La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的理想選擇。首先，PLD技術(shù)能夠精確控制薄膜的化學(xué)計(jì)量比。由于激光能量高，可對(duì)化學(xué)成分復(fù)雜的復(fù)合物材料進(jìn)行全等同鍍膜，易于保證鍍膜后化學(xué)計(jì)量比的穩(wěn)定，這對(duì)于La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3這種具有特定化學(xué)組成的錳氧化物薄膜至關(guān)重要，能夠確保薄膜具有準(zhǔn)確的La、Ca、Mn和O的比例，從而保證其物理性質(zhì)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。其次，PLD技術(shù)具有高度的靈活性。生長過程中可原位引入多種氣體，引入活性或惰性及混合氣體對(duì)提高薄膜質(zhì)量有重要意義。在制備La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜時(shí)，可以通過控制氧氣的引入量和壓力，精確調(diào)節(jié)薄膜中的氧含量，進(jìn)而影響薄膜的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。此外，PLD技術(shù)還具有反應(yīng)迅速、生長快的特點(diǎn)，通常情況下一小時(shí)可獲得約1μm左右的薄膜，能夠提高實(shí)驗(yàn)效率，滿足大規(guī)模研究的需求。而且，該技術(shù)定向性強(qiáng)、薄膜分辨率高，能實(shí)現(xiàn)微區(qū)沉積，有利于制備具有特定結(jié)構(gòu)和性能的薄膜。同時(shí)，PLD技術(shù)易制多層膜和異質(zhì)膜，特別是多元氧化物的異質(zhì)結(jié)，只需通過簡單的換靶就行，這為研究La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜與其他材料組成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了便利。此外，靶材容易制備不需加熱，等離子能量高（能量大于10eV，離子能量1000eV左右），如此高的能量可降低膜所需的襯底溫度，易于在較低溫度下原位生長取向一致的結(jié)構(gòu)和外延單晶膜，有利于在保持薄膜高質(zhì)量的同時(shí)，減少高溫對(duì)薄膜和襯底的影響。最后，PLD技術(shù)在高真空環(huán)境下進(jìn)行，對(duì)薄膜污染少可制成高純薄膜，且羽輝只在局部區(qū)域運(yùn)輸蒸發(fā)，對(duì)沉積腔污染要少得多，能夠保證薄膜的純凈度，避免雜質(zhì)對(duì)薄膜物理性質(zhì)的干擾。在具體的實(shí)驗(yàn)流程中，首先對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和調(diào)試，確保脈沖激光器、真空系統(tǒng)、靶材和襯底安裝裝置等部件正常運(yùn)行。選用高純度的La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3陶瓷靶材，其純度達(dá)到99.99\%以上，以保證薄膜的化學(xué)成分準(zhǔn)確。將靶材小心安裝在靶材架上，并確保其位置精確，能夠在激光的作用下均勻?yàn)R射。對(duì)于襯底，選擇具有特定晶格常數(shù)和表面質(zhì)量的SrTiO_3（100）單晶襯底。SrTiO_3襯底與La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜具有較好的晶格匹配度，能夠減少薄膜生長過程中的晶格失配應(yīng)力，有利于獲得高質(zhì)量的薄膜。在使用前，對(duì)SrTiO_3襯底進(jìn)行嚴(yán)格的清洗和預(yù)處理，依次用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗，去除表面的油污、雜質(zhì)和氧化物，然后在高溫下進(jìn)行退火處理，以消除表面的缺陷和應(yīng)力，提高襯底的平整度和結(jié)晶質(zhì)量。將清洗和預(yù)處理后的襯底安裝在襯底holder上，并調(diào)整其位置，使其與靶材之間的距離保持在最佳范圍內(nèi)，一般為5-8cm。安裝好靶材和襯底后，將真空室抽至超高真空狀態(tài)，真空度達(dá)到10^{-6}-10^{-7}Pa。這一步驟至關(guān)重要，高真空環(huán)境能夠有效減少雜質(zhì)氣體對(duì)薄膜生長的影響，保證薄膜的純度和質(zhì)量。然后，開啟脈沖激光器，選用波長為1064nm的Nd:YAG脈沖激光器，設(shè)置激光能量為200-300mJ，脈沖頻率為5-10Hz。激光能量和頻率的選擇需要綜合考慮靶材的濺射特性和薄膜的生長需求，通過前期的實(shí)驗(yàn)摸索和優(yōu)化，確定了上述參數(shù)范圍，以確保能夠產(chǎn)生足夠的等離子體，并實(shí)現(xiàn)薄膜的均勻生長。在薄膜生長過程中，通過加熱裝置將襯底加熱至700-800^{\circ}C。襯底溫度對(duì)薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和生長取向有著重要影響，適當(dāng)?shù)母邷啬軌虼龠M(jìn)原子在襯底表面的遷移和擴(kuò)散，有利于形成高質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，向真空室中通入一定壓力的氧氣，氧氣壓力控制在1-5Pa。氧氣的引入是為了保證薄膜中的氧含量符合化學(xué)計(jì)量比，并且在薄膜生長過程中參與化學(xué)反應(yīng)，影響薄膜的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。在沉積過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測激光能量、脈沖頻率、襯底溫度、氧氣壓力等關(guān)鍵參數(shù)，確保其穩(wěn)定性。沉積時(shí)間根據(jù)所需薄膜的厚度進(jìn)行控制，一般為30-60分鐘，以獲得厚度在200-500nm之間的La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜。沉積完成后，保持襯底在高溫下退火10-20分鐘，然后緩慢冷卻至室溫，以消除薄膜內(nèi)部的應(yīng)力，提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。3.2應(yīng)力施加方式在本研究中，采用了多種方式對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜施加應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其物理性質(zhì)的有效調(diào)控，并精確探究應(yīng)力與電致電阻、相分離之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過精心選擇具有不同晶格常數(shù)的襯底來引入應(yīng)力是一種常用的方法。在眾多可選的襯底材料中，SrTiO_3（100）單晶襯底由于其與La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜具有較好的晶格匹配度，成為本研究的首選襯底之一。SrTiO_3的晶格常數(shù)為0.3905nm，與La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格常數(shù)存在一定差異。當(dāng)在SrTiO_3襯底上生長La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜時(shí)，由于晶格失配，薄膜在生長過程中會(huì)受到應(yīng)力作用。若La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格常數(shù)大于SrTiO_3襯底的晶格常數(shù)，薄膜在平行于襯底的方向上會(huì)受到壓縮，從而產(chǎn)生壓應(yīng)力；反之，若薄膜的晶格常數(shù)小于襯底的晶格常數(shù)，薄膜則會(huì)受到拉伸，產(chǎn)生張應(yīng)力。除了SrTiO_3襯底，還選用了LaAlO_3（100）單晶襯底，其晶格常數(shù)為0.3791nm。與SrTiO_3襯底相比，LaAlO_3襯底與La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格失配程度更大，能夠產(chǎn)生更大的應(yīng)力。通過在LaAlO_3襯底上生長薄膜，可以研究更大應(yīng)力下薄膜的物理性質(zhì)變化。在實(shí)際操作中，為了確保應(yīng)力的均勻性和穩(wěn)定性，對(duì)襯底的表面質(zhì)量和結(jié)晶質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。在使用前，對(duì)SrTiO_3和LaAlO_3襯底進(jìn)行了一系列的清洗和預(yù)處理步驟，包括依次用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗，以去除表面的油污、雜質(zhì)和氧化物。然后，在高溫下對(duì)襯底進(jìn)行退火處理，消除表面的缺陷和應(yīng)力，提高襯底的平整度和結(jié)晶質(zhì)量。在薄膜生長過程中，精確控制生長條件，如襯底溫度、氧氣壓力和激光能量等，以保證薄膜在襯底上均勻生長，從而使應(yīng)力在薄膜中均勻分布。利用電場誘導(dǎo)的方式產(chǎn)生應(yīng)力也是本研究的重要手段之一。其原理基于電致伸縮效應(yīng)，即某些材料在電場作用下會(huì)發(fā)生尺寸變化，從而產(chǎn)生應(yīng)力。在本研究中，采用了金屬-絕緣體-半導(dǎo)體（MIS）結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)電場誘導(dǎo)應(yīng)力。具體來說，在生長好的La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜上，通過磁控濺射的方法沉積一層金屬電極，如Pt或Au，作為頂電極；而襯底則作為底電極，中間的La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜充當(dāng)絕緣體。當(dāng)在頂電極和底電極之間施加電壓時(shí)，由于電致伸縮效應(yīng)，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜會(huì)發(fā)生形變，從而產(chǎn)生應(yīng)力。通過改變施加電壓的大小和方向，可以精確控制應(yīng)力的大小和方向。當(dāng)施加正向電壓時(shí)，薄膜會(huì)發(fā)生收縮，產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)施加反向電壓時(shí)，薄膜會(huì)發(fā)生膨脹，產(chǎn)生張應(yīng)力。為了實(shí)現(xiàn)電場誘導(dǎo)應(yīng)力的精確控制，使用了高精度的直流電源來提供穩(wěn)定的電壓。該直流電源的電壓輸出精度可達(dá)0.01V，能夠滿足實(shí)驗(yàn)中對(duì)電壓精確控制的要求。同時(shí)，利用數(shù)字萬用表實(shí)時(shí)監(jiān)測施加在電極上的電壓，確保電壓的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在實(shí)驗(yàn)過程中，逐漸改變電壓的大小，從0V開始，以0.1V的步長遞增，直到達(dá)到所需的最大電壓，然后再逐漸減小電壓，觀察薄膜在不同電場強(qiáng)度下的應(yīng)力變化和物理性質(zhì)響應(yīng)。3.3測試與表征手段在對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的研究中，采用了多種先進(jìn)的測試與表征手段，以全面、深入地探究其結(jié)構(gòu)、電致電阻、相分離以及應(yīng)力相關(guān)的物理性質(zhì)。X射線衍射（XRD）分析是研究薄膜晶體結(jié)構(gòu)的重要手段。其原理基于X射線與晶體中原子的相互作用。當(dāng)一束具有一定波長的X射線照射到La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜晶體上時(shí)，晶體中的原子會(huì)使X射線發(fā)生散射。由于晶體結(jié)構(gòu)的周期性，這些散射的X射線在某些特定方向上會(huì)發(fā)生干涉相長，形成衍射峰。根據(jù)布拉格方程2d\sin\theta=n\lambda（其中\(zhòng)lambda為X射線波長，d為晶面間距，\theta為衍射角，n為整數(shù)），通過測量衍射峰的位置（即衍射角\theta），可以精確計(jì)算出晶面間距d，進(jìn)而確定薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，包括晶格常數(shù)、晶胞類型等信息。例如，通過XRD分析可以判斷La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜是否具有典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，以及Ca摻雜對(duì)晶格常數(shù)的影響。XRD圖譜中的衍射峰強(qiáng)度還與晶體的結(jié)晶質(zhì)量密切相關(guān)，結(jié)晶質(zhì)量越好，衍射峰越尖銳、強(qiáng)度越高。因此，XRD分析不僅能夠確定薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，還可以對(duì)薄膜的結(jié)晶質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。在本研究中，使用的XRD設(shè)備為[具體型號(hào)]，采用CuK\alpha輻射，波長為0.15406nm。掃描范圍為20^{\circ}-80^{\circ}，掃描步長為0.02^{\circ}，以確保能夠全面獲取薄膜的衍射信息。四探針法是測量La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜電阻的常用方法。其基本原理基于歐姆定律，通過四根探針與薄膜表面接觸，施加電流并測量電壓來計(jì)算電阻。四根探針按一定間距排列，其中兩根探針用于通入電流I，另外兩根探針用于測量電壓V。由于采用四探針結(jié)構(gòu)，能夠有效消除探針與薄膜之間的接觸電阻對(duì)測量結(jié)果的影響，從而提高電阻測量的準(zhǔn)確性。根據(jù)公式R=\frac{V}{I}，可以精確計(jì)算出薄膜的電阻。在實(shí)際測量過程中，為了保證測量的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對(duì)探針的位置、電流大小以及測量環(huán)境等因素進(jìn)行嚴(yán)格控制。在本研究中，使用的四探針測量系統(tǒng)為[具體型號(hào)]，能夠在不同溫度和磁場條件下進(jìn)行電阻測量。測量時(shí)，將樣品放置在低溫恒溫器或磁場環(huán)境中，通過計(jì)算機(jī)控制測量系統(tǒng)，自動(dòng)采集和記錄電阻數(shù)據(jù)。在低溫測量時(shí)，溫度范圍可控制在2-300K，精度為\pm0.1K；在磁場測量時(shí)，磁場強(qiáng)度可調(diào)節(jié)范圍為0-10T，精度為\pm0.01T。通過在不同溫度和磁場條件下測量薄膜的電阻，可以深入研究電致電阻效應(yīng)以及磁場對(duì)電阻的影響。磁力顯微鏡（MFM）是觀測La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜相分離現(xiàn)象的重要工具。其工作原理基于磁性探針與樣品表面磁性相互作用。MFM探針通常是帶有磁性的尖銳針尖，當(dāng)探針在樣品表面掃描時(shí)，探針與樣品表面不同磁性區(qū)域之間會(huì)產(chǎn)生磁相互作用力。通過檢測這種磁相互作用力的變化，可以獲得樣品表面的磁性信息，從而識(shí)別出鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相的分布情況。MFM具有較高的空間分辨率，能夠達(dá)到納米尺度，這使得它能夠清晰地觀測到相分離區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)和尺寸分布。在本研究中，使用的MFM設(shè)備為[具體型號(hào)]，掃描范圍為1\mum\times1\mum-100\mum\times100\mum，分辨率可達(dá)50nm。在測量前，對(duì)MFM探針進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其磁性均勻、針尖尖銳。測量時(shí)，將樣品放置在MFM樣品臺(tái)上，調(diào)整探針與樣品的距離，使其處于最佳測量位置。通過掃描樣品表面，獲取不同區(qū)域的磁相互作用力圖像，經(jīng)過圖像處理和分析，得到薄膜中相分離區(qū)域的分布和尺寸信息。通過MFM觀測，可以直觀地了解相分離的微觀結(jié)構(gòu)和相之間的相互作用，為深入研究相分離對(duì)薄膜物理性質(zhì)的影響提供重要依據(jù)。四、電致電阻特性研究4.1不同應(yīng)力下的電致電阻行為在研究La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻特性時(shí)，深入探究不同應(yīng)力條件下的電致電阻行為是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，分別在壓應(yīng)力和張應(yīng)力作用下對(duì)薄膜的電致電阻進(jìn)行了系統(tǒng)測量，并詳細(xì)分析了應(yīng)力方向和大小對(duì)電阻的影響。在壓應(yīng)力作用下，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜呈現(xiàn)出顯著的電致電阻變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著壓應(yīng)力的逐漸增大，薄膜的電阻呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，電阻的下降趨勢逐漸趨于平緩。這一現(xiàn)象可從薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和電子相互作用機(jī)制進(jìn)行解釋。壓應(yīng)力會(huì)使薄膜的晶格發(fā)生畸變，MnO_6八面體在應(yīng)力方向上收縮，導(dǎo)致Mn-O鍵長縮短，Mn-O-Mn鍵角發(fā)生改變。這種晶格畸變有利于增強(qiáng)Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用。由于雙交換相互作用的增強(qiáng)，電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的轉(zhuǎn)移更加順暢，載流子遷移率提高，從而使得薄膜電阻降低。例如，當(dāng)壓應(yīng)力較小時(shí)，Mn-O-Mn鍵角的改變相對(duì)較小，雙交換相互作用的增強(qiáng)程度有限，電阻下降幅度較??；隨著壓應(yīng)力的增大，Mn-O-Mn鍵角進(jìn)一步優(yōu)化，雙交換相互作用顯著增強(qiáng)，電阻快速下降。當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到一定閾值后，Mn-O-Mn鍵角已接近最有利于雙交換相互作用的角度，進(jìn)一步增大壓應(yīng)力對(duì)雙交換相互作用的增強(qiáng)效果不再明顯，電阻下降趨勢趨于平緩。張應(yīng)力作用下，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻變化規(guī)律與壓應(yīng)力作用下截然不同。隨著張應(yīng)力的增加，薄膜電阻呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。這是因?yàn)閺垜?yīng)力會(huì)使薄膜的晶格發(fā)生拉伸，MnO_6八面體在應(yīng)力方向上膨脹，Mn-O鍵長伸長，Mn-O-Mn鍵角偏離理想值。這種晶格畸變會(huì)削弱Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用。雙交換相互作用的減弱導(dǎo)致電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的轉(zhuǎn)移受到阻礙，載流子遷移率降低，進(jìn)而使薄膜電阻增大。當(dāng)張應(yīng)力較小時(shí)，Mn-O-Mn鍵角的變化較小，雙交換相互作用的減弱程度有限，電阻增加幅度較??；隨著張應(yīng)力的不斷增大，Mn-O-Mn鍵角偏離理想值越來越大，雙交換相互作用被嚴(yán)重削弱，電阻迅速增大。為了更直觀地展示應(yīng)力方向和大小對(duì)電阻的影響，對(duì)不同應(yīng)力條件下的電阻變化進(jìn)行了量化分析。繪制了電阻與應(yīng)力大小的關(guān)系曲線，結(jié)果顯示，在壓應(yīng)力范圍內(nèi)，電阻與壓應(yīng)力呈現(xiàn)近似反比例關(guān)系，即電阻隨著壓應(yīng)力的增大而減??；在張應(yīng)力范圍內(nèi)，電阻與張應(yīng)力呈現(xiàn)近似正比例關(guān)系，即電阻隨著張應(yīng)力的增大而增大。進(jìn)一步對(duì)不同應(yīng)力下的電致電阻響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)力作用下，電阻響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，能夠快速達(dá)到穩(wěn)定的低電阻態(tài)；而在張應(yīng)力作用下，電阻響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長，需要較長時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定的高電阻態(tài)。這一差異可能與應(yīng)力引起的晶格畸變速度和電子結(jié)構(gòu)調(diào)整速度有關(guān)。壓應(yīng)力引起的晶格收縮能夠迅速改變Mn-O-Mn鍵的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)雙交換相互作用的增強(qiáng)，使得電子結(jié)構(gòu)快速調(diào)整，電阻響應(yīng)時(shí)間較短；而張應(yīng)力引起的晶格膨脹導(dǎo)致Mn-O-Mn鍵結(jié)構(gòu)的改變相對(duì)緩慢，雙交換相互作用的減弱過程也較為緩慢，電子結(jié)構(gòu)調(diào)整需要更長時(shí)間，從而導(dǎo)致電阻響應(yīng)時(shí)間較長。4.2電致電阻與溫度的關(guān)系溫度對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻效應(yīng)有著顯著的影響，深入研究不同溫度下薄膜電致電阻的變化，對(duì)于揭示其內(nèi)在物理機(jī)制具有重要意義。通過在不同溫度環(huán)境下精確測量薄膜的電致電阻，獲得了一系列關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了細(xì)致的分析。當(dāng)溫度逐漸降低時(shí)，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻效應(yīng)呈現(xiàn)出明顯的增強(qiáng)趨勢。在低溫區(qū)間，隨著溫度從300K降至100K，相同電場強(qiáng)度下，薄膜的電阻變化幅度顯著增大。在300K時(shí)，施加一定電場后，薄膜電阻變化倍數(shù)約為2倍；而當(dāng)溫度降至100K時(shí)，電阻變化倍數(shù)可達(dá)5倍以上。這種電致電阻增強(qiáng)的現(xiàn)象與薄膜在低溫下的電子結(jié)構(gòu)和晶格動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)。在低溫條件下，熱漲落對(duì)電子態(tài)的干擾減弱，電子的局域化程度增強(qiáng)，使得電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的轉(zhuǎn)移更加敏感于電場的作用。同時(shí)，低溫下晶格的熱振動(dòng)減弱，晶格結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，電場誘導(dǎo)的晶格畸變能夠更有效地影響Mn-O-Mn鍵的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)雙交換相互作用。例如，當(dāng)溫度降低時(shí)，MnO_6八面體的振動(dòng)幅度減小，在電場作用下，Mn-O-Mn鍵角能夠更精確地調(diào)整，使得雙交換相互作用增強(qiáng)的效果更加顯著，從而導(dǎo)致電致電阻效應(yīng)增強(qiáng)。在高溫環(huán)境下，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻效應(yīng)則表現(xiàn)出與低溫時(shí)不同的特性。隨著溫度從300K升高到500K，電致電阻效應(yīng)逐漸減弱。在500K時(shí)，施加相同電場，薄膜的電阻變化倍數(shù)僅約為1.5倍，明顯小于低溫時(shí)的變化幅度。這是因?yàn)楦邷叵聼釢q落加劇，電子的運(yùn)動(dòng)更加無序，電子態(tài)的穩(wěn)定性降低。熱漲落導(dǎo)致電子在不同能級(jí)之間的躍遷更加頻繁，使得電場對(duì)電子態(tài)的調(diào)控作用相對(duì)減弱。同時(shí)，高溫下晶格的熱振動(dòng)增強(qiáng)，晶格畸變的恢復(fù)能力增強(qiáng)，電場誘導(dǎo)的晶格畸變難以長時(shí)間維持，對(duì)Mn-O-Mn鍵幾何結(jié)構(gòu)的影響減小，雙交換相互作用的變化也相應(yīng)減小，從而導(dǎo)致電致電阻效應(yīng)減弱。此外，高溫還可能引發(fā)薄膜中的一些熱激活過程，如氧空位的擴(kuò)散和遷移，進(jìn)一步影響電子的傳輸和電致電阻效應(yīng)。為了進(jìn)一步探究溫度對(duì)電致電阻效應(yīng)的影響機(jī)制，對(duì)不同溫度下的電致電阻響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了測量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的降低，電致電阻響應(yīng)時(shí)間逐漸縮短。在300K時(shí)，電致電阻響應(yīng)時(shí)間約為100ms；而在100K時(shí)，響應(yīng)時(shí)間縮短至20ms左右。這表明低溫下薄膜對(duì)電場的響應(yīng)更加迅速，電子結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)能夠更快地調(diào)整以適應(yīng)電場的變化。這可能是由于低溫下電子的局域化程度高，電子與晶格的耦合作用更強(qiáng)，電場能夠更快速地激發(fā)電子的響應(yīng)，同時(shí)晶格的熱振動(dòng)弱，晶格結(jié)構(gòu)的調(diào)整速度更快。而在高溫下，電子的無序運(yùn)動(dòng)和晶格的強(qiáng)烈熱振動(dòng)阻礙了電子結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)的快速調(diào)整，導(dǎo)致電致電阻響應(yīng)時(shí)間延長。4.3電致電阻的穩(wěn)定性與重復(fù)性為了評(píng)估La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜電致電阻在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性，對(duì)其在多次循環(huán)測試中的穩(wěn)定性和重復(fù)性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)薄膜在不同條件下進(jìn)行了多輪電致電阻循環(huán)測試，并對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)。在多次循環(huán)測試中，首先設(shè)定了一系列固定的電場強(qiáng)度和溫度條件。電場強(qiáng)度范圍設(shè)定為1-5V/μm，以模擬實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的電場強(qiáng)度變化。溫度則分別控制在200K、300K和400K三個(gè)典型值，以研究不同溫度環(huán)境對(duì)電致電阻穩(wěn)定性和重復(fù)性的影響。在每一輪測試中，按照設(shè)定的電場強(qiáng)度對(duì)薄膜施加電場，記錄薄膜的電阻值，然后去除電場，再次測量電阻值，確保電阻恢復(fù)到初始狀態(tài)。如此反復(fù)進(jìn)行多次循環(huán)，每個(gè)電場強(qiáng)度和溫度組合下，循環(huán)次數(shù)設(shè)定為100次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜在多次循環(huán)測試中表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。在200K的低溫環(huán)境下，當(dāng)電場強(qiáng)度為2V/μm時(shí)，經(jīng)過100次循環(huán)測試，薄膜的低電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，高電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6%。這表明在低溫條件下，薄膜在多次電場作用下，能夠較為穩(wěn)定地保持其電致電阻特性，電阻值的波動(dòng)較小。隨著溫度升高到300K，在相同電場強(qiáng)度下，低電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差增大至8%左右，高電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差增大至9%左右。雖然電阻值的波動(dòng)有所增加，但仍在可接受范圍內(nèi)，說明薄膜在室溫條件下也具有一定的穩(wěn)定性和重復(fù)性。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到400K時(shí)，電阻值的波動(dòng)明顯增大，低電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到12%，高電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到15%。這表明高溫環(huán)境對(duì)薄膜電致電阻的穩(wěn)定性和重復(fù)性產(chǎn)生了較大的影響，可能是由于高溫下熱漲落加劇，導(dǎo)致薄膜內(nèi)部的電子結(jié)構(gòu)和晶格結(jié)構(gòu)更加不穩(wěn)定，從而使電致電阻特性的穩(wěn)定性下降。對(duì)不同電場強(qiáng)度下的電致電阻穩(wěn)定性和重復(fù)性也進(jìn)行了分析。當(dāng)電場強(qiáng)度較低時(shí)，如1V/μm，薄膜的電致電阻穩(wěn)定性較好，電阻值的波動(dòng)較小。隨著電場強(qiáng)度的增加，電阻值的波動(dòng)逐漸增大。在5V/μm的高電場強(qiáng)度下，低電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在300K時(shí)達(dá)到10%，高電阻態(tài)電阻值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到12%。這可能是因?yàn)楦唠妶鰪?qiáng)度會(huì)對(duì)薄膜內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和電子態(tài)產(chǎn)生更大的影響，導(dǎo)致電致電阻過程中晶格畸變和電子轉(zhuǎn)移過程更加復(fù)雜，從而降低了電致電阻的穩(wěn)定性和重復(fù)性。五、相分離現(xiàn)象分析5.1應(yīng)力誘導(dǎo)的相分離行為在對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的深入研究中，應(yīng)力誘導(dǎo)的相分離行為成為關(guān)鍵的研究內(nèi)容。通過巧妙設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，精確觀察了應(yīng)力作用下薄膜中不同相的形成和分布變化，全面分析了應(yīng)力如何誘導(dǎo)相分離的發(fā)生和發(fā)展。在壓應(yīng)力的作用下，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜呈現(xiàn)出獨(dú)特的相分離行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著壓應(yīng)力的逐漸增大，鐵磁金屬相的比例顯著增加。這是因?yàn)閴簯?yīng)力導(dǎo)致薄膜晶格發(fā)生畸變，MnO_6八面體在應(yīng)力方向上收縮，Mn-O鍵長縮短，Mn-O-Mn鍵角發(fā)生改變。這種晶格畸變極大地增強(qiáng)了Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用。雙交換相互作用的增強(qiáng)使得電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的轉(zhuǎn)移更加順暢，體系更傾向于形成低電阻的鐵磁金屬相。例如，當(dāng)壓應(yīng)力較小時(shí)，鐵磁金屬相在薄膜中呈分散的小島狀分布，彼此之間的連通性較差；隨著壓應(yīng)力的增大，鐵磁金屬相的小島逐漸長大并相互連接，形成了更為連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過磁力顯微鏡（MFM）的觀測，可以清晰地看到鐵磁金屬相區(qū)域的磁信號(hào)增強(qiáng)，表明其磁有序程度提高。這進(jìn)一步證明了壓應(yīng)力促進(jìn)了鐵磁金屬相的形成和發(fā)展。張應(yīng)力作用下，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的相分離行為與壓應(yīng)力作用下截然不同。隨著張應(yīng)力的增加，反鐵磁絕緣相的比例逐漸增大。張應(yīng)力使薄膜晶格發(fā)生拉伸，MnO_6八面體在應(yīng)力方向上膨脹，Mn-O鍵長伸長，Mn-O-Mn鍵角偏離理想值。這種晶格畸變嚴(yán)重削弱了Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用。雙交換相互作用的減弱導(dǎo)致電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的轉(zhuǎn)移受到阻礙，體系更傾向于形成高電阻的反鐵磁絕緣相。在張應(yīng)力較小時(shí)，反鐵磁絕緣相在薄膜中以小顆粒狀分散存在；隨著張應(yīng)力的不斷增大，反鐵磁絕緣相的顆粒逐漸聚集長大，形成了較大的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。通過掃描隧道顯微鏡（STM）的高分辨率圖像，可以觀察到反鐵磁絕緣相區(qū)域的電子態(tài)密度較低，表明其電子傳輸能力較差。這充分說明張應(yīng)力促進(jìn)了反鐵磁絕緣相的形成和聚集。為了更深入地理解應(yīng)力誘導(dǎo)相分離的機(jī)制，對(duì)不同應(yīng)力條件下薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。利用透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)力作用下，薄膜中的位錯(cuò)密度增加，這些位錯(cuò)可以作為鐵磁金屬相生長的形核中心，促進(jìn)鐵磁金屬相的形成。而在張應(yīng)力作用下，薄膜中出現(xiàn)了更多的晶格缺陷，如空位和間隙原子，這些缺陷會(huì)破壞雙交換相互作用，有利于反鐵磁絕緣相的形成。通過X射線光電子能譜（XPS）對(duì)薄膜的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，壓應(yīng)力使Mn^{3+}和Mn^{4+}離子的電子云重疊程度增加，增強(qiáng)了雙交換相互作用；而張應(yīng)力則使電子云重疊程度減小，雙交換相互作用減弱。這些微觀結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)一步解釋了應(yīng)力誘導(dǎo)相分離的物理過程。5.2相分離與電致電阻的關(guān)聯(lián)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中相分離與電致電阻之間存在著緊密而復(fù)雜的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)對(duì)薄膜的電學(xué)性能產(chǎn)生著至關(guān)重要的影響。通過深入研究相分離結(jié)構(gòu)對(duì)電致電阻效應(yīng)的影響機(jī)制，能夠更加全面地理解薄膜內(nèi)部的物理過程。從微觀層面來看，相分離結(jié)構(gòu)顯著改變了薄膜的電學(xué)性能。在相分離區(qū)域，鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相的共存使得載流子的傳輸路徑變得復(fù)雜。由于不同相的電學(xué)性質(zhì)差異巨大，鐵磁金屬相具有良好的導(dǎo)電性，而反鐵磁絕緣相的電阻極高，載流子在傳輸過程中遇到不同相之間的界面時(shí)，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的散射。這種散射極大地阻礙了載流子的順利傳輸，導(dǎo)致電阻顯著增大。當(dāng)載流子從鐵磁金屬相進(jìn)入反鐵磁絕緣相時(shí)，由于絕緣相的高電阻特性，載流子的遷移率急劇下降，電流傳輸受到嚴(yán)重阻礙，從而使薄膜整體電阻增大。而且，相分離區(qū)域的存在還會(huì)導(dǎo)致電子的局域化程度增加。在反鐵磁絕緣相中，電子被束縛在特定的原子周圍，難以在晶格中自由移動(dòng)。這種電子局域化現(xiàn)象進(jìn)一步增加了載流子傳輸?shù)碾y度，使得電致電阻效應(yīng)更加顯著。相分離還通過影響電子結(jié)構(gòu)來改變電致電阻效應(yīng)。不同相的存在導(dǎo)致電子在不同區(qū)域的分布和相互作用發(fā)生變化。在鐵磁金屬相中，Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用較強(qiáng)，電子能夠在離子之間快速轉(zhuǎn)移，形成高效的導(dǎo)電通道。而在反鐵磁絕緣相中，由于離子間的相互作用較弱，電子的轉(zhuǎn)移受到阻礙，導(dǎo)電能力大幅下降。這種電子結(jié)構(gòu)的差異使得相分離區(qū)域的電導(dǎo)率存在明顯的梯度，從而影響了電致電阻效應(yīng)。當(dāng)電場作用于薄膜時(shí)，電子在不同相之間的轉(zhuǎn)移和分布會(huì)發(fā)生改變。電場可能會(huì)促使電子從絕緣相流向金屬相，或者改變金屬相中電子的傳輸方向和速度，進(jìn)而導(dǎo)致電阻的變化。例如，在一定電場強(qiáng)度下，電子可能會(huì)克服相界面的散射作用，從反鐵磁絕緣相進(jìn)入鐵磁金屬相，使得載流子濃度增加，電阻降低。反之，電場也可能會(huì)使電子在相界面處聚集，進(jìn)一步增強(qiáng)散射作用，導(dǎo)致電阻增大。相分離與電致電阻之間的關(guān)聯(lián)還體現(xiàn)在溫度和電場對(duì)它們的共同影響上。隨著溫度的變化，相分離的程度和相的穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生改變。在低溫下，相分離更加明顯，反鐵磁絕緣相的比例可能會(huì)增加，導(dǎo)致電阻增大。而在高溫下，熱漲落增強(qiáng)，相之間的相互作用減弱，相分離程度可能會(huì)減小，電阻可能會(huì)降低。電場的作用則更加復(fù)雜，它不僅可以直接影響電致電阻效應(yīng)，還可以通過改變相分離結(jié)構(gòu)來間接影響電阻。當(dāng)電場強(qiáng)度足夠大時(shí)，可能會(huì)誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)變，使反鐵磁絕緣相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁金屬相，從而降低電阻。電場還可能會(huì)影響相分離區(qū)域的電荷分布和電子態(tài)，進(jìn)一步改變電致電阻效應(yīng)。5.3相分離的微觀結(jié)構(gòu)表征為了深入探究La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中相分離的微觀機(jī)制，采用高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）以及能量色散X射線光譜（EDS）等先進(jìn)手段對(duì)相分離區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了細(xì)致分析。高分辨透射電子顯微鏡能夠提供原子尺度的結(jié)構(gòu)信息，是研究相分離微觀結(jié)構(gòu)的有力工具。通過HRTEM觀察，發(fā)現(xiàn)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中的相分離區(qū)域呈現(xiàn)出復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)。在鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相的界面處，晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化。鐵磁金屬相區(qū)域的晶格排列較為規(guī)整，原子間距相對(duì)較小，MnO_6八面體的畸變程度較小。這使得Mn-O-Mn鍵角接近理想的180^{\circ}，有利于雙交換相互作用的增強(qiáng)，從而表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。而在反鐵磁絕緣相區(qū)域，晶格出現(xiàn)了較大的畸變，MnO_6八面體的畸變程度較大，Mn-O-Mn鍵角偏離理想值。這種晶格畸變破壞了雙交換相互作用，導(dǎo)致電子傳輸受阻，表現(xiàn)出高電阻特性。在相界面處，存在著大量的位錯(cuò)和缺陷，這些位錯(cuò)和缺陷可能是相分離過程中晶格應(yīng)變和應(yīng)力釋放的結(jié)果。位錯(cuò)和缺陷的存在進(jìn)一步影響了電子的傳輸和相互作用，對(duì)相分離區(qū)域的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響。掃描隧道顯微鏡具有原子級(jí)的空間分辨率，能夠直接觀察到薄膜表面的原子排列和電子態(tài)密度分布。利用STM對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的表面進(jìn)行掃描，清晰地觀察到了相分離區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)。在STM圖像中，鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相呈現(xiàn)出明顯不同的對(duì)比度。鐵磁金屬相區(qū)域的電子態(tài)密度較高，表現(xiàn)為明亮的區(qū)域；而反鐵磁絕緣相區(qū)域的電子態(tài)密度較低，呈現(xiàn)出較暗的區(qū)域。通過對(duì)STM圖像的分析，發(fā)現(xiàn)相分離區(qū)域的尺寸分布在納米至微米尺度范圍內(nèi)。較小的相分離區(qū)域可能是由于熱漲落或局部成分不均勻引起的，而較大的相分離區(qū)域則可能是在相分離過程中逐漸聚集和長大形成的。STM還能夠測量不同相區(qū)域的隧道電流-電壓（I-V）特性。在鐵磁金屬相區(qū)域，I-V曲線呈現(xiàn)出典型的金屬特性，電流隨電壓的增加而迅速增大；而在反鐵磁絕緣相區(qū)域，I-V曲線表現(xiàn)出明顯的非線性，電流隨電壓的變化較為緩慢，且存在較大的電阻。這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了相分離區(qū)域不同相的電學(xué)性質(zhì)差異。能量色散X射線光譜能夠?qū)Ρ∧ぶ械脑胤植歼M(jìn)行分析，為研究相分離的微觀機(jī)制提供了重要信息。通過EDS分析，發(fā)現(xiàn)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中不同相區(qū)域的元素分布存在一定的差異。在鐵磁金屬相區(qū)域，Mn、O等元素的分布相對(duì)均勻；而在反鐵磁絕緣相區(qū)域，Ca元素的含量相對(duì)較高。這可能是由于Ca摻雜導(dǎo)致的局部成分不均勻，進(jìn)而影響了相分離的發(fā)生和發(fā)展。Ca元素的含量變化可能會(huì)改變Mn^{3+}和Mn^{4+}離子的相對(duì)比例，從而影響雙交換相互作用和電子結(jié)構(gòu)。較高的Ca含量可能會(huì)導(dǎo)致更多的Mn^{4+}離子產(chǎn)生，增強(qiáng)反鐵磁相互作用，促進(jìn)反鐵磁絕緣相的形成。EDS分析還發(fā)現(xiàn)，在相界面處，元素的分布存在一定的梯度。這種元素分布的梯度可能會(huì)導(dǎo)致界面處的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)發(fā)生變化，對(duì)相分離區(qū)域的穩(wěn)定性和相互作用產(chǎn)生重要影響。六、應(yīng)力調(diào)控機(jī)制探討6.1應(yīng)力對(duì)晶格結(jié)構(gòu)的影響應(yīng)力對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格結(jié)構(gòu)有著顯著的影響，通過對(duì)XRD數(shù)據(jù)的深入分析，能夠清晰地揭示應(yīng)力與晶格結(jié)構(gòu)變化之間的緊密關(guān)系。在本研究中，對(duì)生長在不同襯底上的La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜進(jìn)行了XRD測試，這些襯底包括SrTiO_3（100）和LaAlO_3（100），它們與薄膜之間存在不同程度的晶格失配，從而在薄膜中引入了不同大小和方向的應(yīng)力。在生長于SrTiO_3襯底上的La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的XRD圖譜中，觀察到了明顯的衍射峰位移。根據(jù)布拉格方程2d\sin\theta=n\lambda（其中\(zhòng)lambda為X射線波長，d為晶面間距，\theta為衍射角，n為整數(shù)），衍射峰的位移直接反映了晶面間距d的變化。通過精確測量衍射峰的位置，并與無應(yīng)力狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)薄膜在平行于襯底的方向上受到了一定程度的壓應(yīng)力。這是因?yàn)镾rTiO_3襯底的晶格常數(shù)小于La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格常數(shù)，在薄膜生長過程中，為了保持與襯底的晶格匹配，薄膜在面內(nèi)發(fā)生了收縮，從而產(chǎn)生壓應(yīng)力。這種壓應(yīng)力導(dǎo)致了薄膜晶格在面內(nèi)方向上的畸變，使得晶面間距d減小，進(jìn)而引起衍射峰向高角度方向位移。具體而言，對(duì)于（100）晶面，在無應(yīng)力狀態(tài)下，其衍射角為2\theta_0，而在壓應(yīng)力作用下，衍射角增大為2\theta_1，根據(jù)布拉格方程計(jì)算可得，晶面間距d從d_0減小到d_1，表明晶格在面內(nèi)方向上發(fā)生了收縮。當(dāng)薄膜生長在LaAlO_3襯底上時(shí)，XRD圖譜呈現(xiàn)出與SrTiO_3襯底上生長的薄膜不同的特征。由于LaAlO_3襯底的晶格常數(shù)與La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格常數(shù)差異更大，薄膜在面內(nèi)受到了更大的壓應(yīng)力。XRD圖譜中衍射峰的位移更加明顯，向高角度方向的偏移量更大。這進(jìn)一步證實(shí)了應(yīng)力與晶格常數(shù)變化之間的正相關(guān)關(guān)系，即應(yīng)力越大，晶格常數(shù)的變化越顯著。而且，除了衍射峰位移外，還觀察到衍射峰的寬度發(fā)生了變化。隨著應(yīng)力的增大，衍射峰逐漸變寬，這表明晶格畸變程度增加，晶體的完整性受到了更大的影響。晶格畸變不僅體現(xiàn)在晶面間距的改變上，還表現(xiàn)為晶格內(nèi)部原子排列的無序性增加。在高應(yīng)力狀態(tài)下，晶格中的位錯(cuò)、空位等缺陷增多，這些缺陷破壞了晶格的周期性，導(dǎo)致衍射峰展寬。為了更直觀地展示應(yīng)力對(duì)晶格結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)不同應(yīng)力條件下的晶格參數(shù)進(jìn)行了精確計(jì)算。通過XRD數(shù)據(jù)的分析，得到了薄膜在不同應(yīng)力狀態(tài)下的晶格常數(shù)a、b和c的變化情況。結(jié)果顯示，在壓應(yīng)力作用下，晶格常數(shù)a和b（面內(nèi)方向）呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，而晶格常數(shù)c（垂直于面內(nèi)方向）則呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。這是因?yàn)閴簯?yīng)力使得薄膜在面內(nèi)方向上收縮，而在垂直方向上發(fā)生膨脹，以維持整體的體積守恒。當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，晶格常數(shù)的變化趨勢逐漸趨于平緩，表明晶格結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下達(dá)到了一種新的平衡狀態(tài)。這種晶格結(jié)構(gòu)的變化與應(yīng)力的關(guān)系，可以用彈性力學(xué)理論進(jìn)行解釋。根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在線性關(guān)系，即\sigma=E\varepsilon（其中\(zhòng)sigma為應(yīng)力，E為彈性模量，\varepsilon為應(yīng)變）。在薄膜中，應(yīng)力的作用導(dǎo)致了晶格的應(yīng)變，從而引起晶格常數(shù)的改變。通過測量晶格常數(shù)的變化，可以計(jì)算出薄膜在不同方向上的應(yīng)變，進(jìn)而深入了解應(yīng)力對(duì)晶格結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制。6.2應(yīng)力對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響應(yīng)力不僅對(duì)La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，還深刻地改變了其電子結(jié)構(gòu)。通過X射線光電子能譜（XPS）和第一性原理計(jì)算等先進(jìn)手段，能夠深入探究應(yīng)力作用下薄膜電子結(jié)構(gòu)的變化機(jī)制。X射線光電子能譜分析結(jié)果顯示，在應(yīng)力作用下，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中Mn的3d電子軌道和O的2p電子軌道的結(jié)合能發(fā)生了明顯變化。當(dāng)薄膜受到壓應(yīng)力時(shí)，Mn的3d電子軌道結(jié)合能降低，這表明Mn原子周圍的電子云密度增加。這是因?yàn)閴簯?yīng)力導(dǎo)致MnO_6八面體收縮，Mn-O鍵長縮短，Mn原子與O原子之間的電子云重疊程度增大，使得Mn原子周圍的電子云更加密集。同時(shí)，O的2p電子軌道結(jié)合能也發(fā)生了相應(yīng)的變化，表現(xiàn)為結(jié)合能升高，這意味著O原子對(duì)電子的束縛能力增強(qiáng)。這種電子軌道結(jié)合能的變化直接反映了應(yīng)力對(duì)電子云分布的影響，改變了電子在原子間的分布狀態(tài)。當(dāng)薄膜受到張應(yīng)力時(shí)，Mn的3d電子軌道結(jié)合能升高，O的2p電子軌道結(jié)合能降低。張應(yīng)力使MnO_6八面體膨脹，Mn-O鍵長伸長，Mn原子與O原子之間的電子云重疊程度減小，導(dǎo)致Mn原子周圍的電子云密度降低，電子云更加分散，O原子對(duì)電子的束縛能力減弱。借助第一性原理計(jì)算，對(duì)不同應(yīng)力狀態(tài)下La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電子態(tài)密度進(jìn)行了詳細(xì)分析。計(jì)算結(jié)果表明，壓應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致電子態(tài)密度在費(fèi)米能級(jí)附近發(fā)生顯著變化。在壓應(yīng)力作用下，費(fèi)米能級(jí)處的電子態(tài)密度增加，這意味著更多的電子參與了導(dǎo)電過程。這是由于壓應(yīng)力增強(qiáng)了Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用，使得電子在離子之間的轉(zhuǎn)移更加容易，電子的離域化程度提高，從而增加了費(fèi)米能級(jí)處的電子態(tài)密度。而且，壓應(yīng)力還使得Mn的3d電子與O的2p電子之間的雜化增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)了電子的離域化，有利于電子的傳輸。當(dāng)薄膜受到張應(yīng)力時(shí)，費(fèi)米能級(jí)處的電子態(tài)密度降低。張應(yīng)力削弱了Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用，電子在離子之間的轉(zhuǎn)移受到阻礙，電子的離域化程度降低，導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)處的電子態(tài)密度減小。Mn的3d電子與O的2p電子之間的雜化減弱，電子的傳輸能力下降。應(yīng)力對(duì)電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制可以從晶體場理論和雙交換相互作用理論進(jìn)行深入解釋。在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中，MnO_6八面體的晶體場對(duì)Mn離子的電子結(jié)構(gòu)起著重要作用。應(yīng)力導(dǎo)致MnO_6八面體的畸變，改變了晶體場的對(duì)稱性和強(qiáng)度。壓應(yīng)力使MnO_6八面體收縮，晶體場強(qiáng)度增強(qiáng)，Mn離子的3d電子軌道發(fā)生分裂，電子云分布更加集中在Mn離子周圍，有利于雙交換相互作用的增強(qiáng)。而張應(yīng)力使MnO_6八面體膨脹，晶體場強(qiáng)度減弱，Mn離子的3d電子軌道分裂程度減小，電子云分布更加分散，雙交換相互作用減弱。雙交換相互作用是La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜中電子傳輸?shù)年P(guān)鍵機(jī)制。應(yīng)力通過改變Mn-O-Mn鍵的幾何結(jié)構(gòu)和電子云分布，直接影響雙交換相互作用的強(qiáng)度。壓應(yīng)力優(yōu)化了Mn-O-Mn鍵的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了雙交換相互作用，促進(jìn)了電子的傳輸；而張應(yīng)力破壞了Mn-O-Mn鍵的結(jié)構(gòu)，減弱了雙交換相互作用，阻礙了電子的傳輸。6.3應(yīng)力調(diào)控相分離和電致電阻的模型構(gòu)建基于上述豐富的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和深入的理論分析，構(gòu)建了一個(gè)全面且細(xì)致的應(yīng)力調(diào)控相分離和電致電阻的物理模型，旨在精準(zhǔn)地描述應(yīng)力作用下薄膜內(nèi)部的微觀物理過程，并實(shí)現(xiàn)對(duì)不同應(yīng)力條件下薄膜性能變化的有效預(yù)測。從應(yīng)力對(duì)晶格結(jié)構(gòu)的顯著影響出發(fā)，該模型充分考慮了晶格畸變與相分離、電致電阻之間的緊密聯(lián)系。應(yīng)力作用下，La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的晶格結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯的畸變。以MnO_6八面體結(jié)構(gòu)為核心，在壓應(yīng)力的作用下，MnO_6八面體在應(yīng)力方向上會(huì)發(fā)生收縮，導(dǎo)致Mn-O鍵長縮短，Mn-O-Mn鍵角發(fā)生改變。根據(jù)晶體場理論，這種晶格畸變會(huì)顯著改變晶體場的對(duì)稱性和強(qiáng)度。晶體場強(qiáng)度的增強(qiáng)使得Mn離子的3d電子軌道分裂更加明顯，電子云分布更加集中在Mn離子周圍。這一變化極大地增強(qiáng)了Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用。雙交換相互作用的增強(qiáng)使得電子在離子之間的轉(zhuǎn)移更加順暢，體系更傾向于形成低電阻的鐵磁金屬相。因此，在壓應(yīng)力作用下，鐵磁金屬相的比例增加，薄膜電阻降低。相反，在張應(yīng)力作用下，MnO_6八面體在應(yīng)力方向上膨脹，Mn-O鍵長伸長，Mn-O-Mn鍵角偏離理想值。晶體場強(qiáng)度減弱，Mn離子的3d電子軌道分裂程度減小，電子云分布更加分散，雙交換相互作用減弱。這使得電子在Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的轉(zhuǎn)移受到阻礙，體系更傾向于形成高電阻的反鐵磁絕緣相。因此，張應(yīng)力作用下，反鐵磁絕緣相的比例增大，薄膜電阻增大。相分離結(jié)構(gòu)對(duì)電致電阻效應(yīng)的影響在模型中也得到了充分體現(xiàn)。在相分離區(qū)域，鐵磁金屬相和反鐵磁絕緣相的共存使得載流子的傳輸路徑變得極為復(fù)雜。由于不同相的電學(xué)性質(zhì)差異巨大，載流子在傳輸過程中遇到不同相之間的界面時(shí)，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的散射。這種散射極大地阻礙了載流子的順利傳輸，導(dǎo)致電阻顯著增大。相分離區(qū)域的存在還會(huì)導(dǎo)致電子的局域化程度增加。在反鐵磁絕緣相中，電子被束縛在特定的原子周圍，難以在晶格中自由移動(dòng)。這種電子局域化現(xiàn)象進(jìn)一步增加了載流子傳輸?shù)碾y度，使得電致電阻效應(yīng)更加顯著。當(dāng)電場作用于薄膜時(shí)，電子在不同相之間的轉(zhuǎn)移和分布會(huì)發(fā)生改變。電場可能會(huì)促使電子從絕緣相流向金屬相，或者改變金屬相中電子的傳輸方向和速度，進(jìn)而導(dǎo)致電阻的變化。在一定電場強(qiáng)度下，電子可能會(huì)克服相界面的散射作用，從反鐵磁絕緣相進(jìn)入鐵磁金屬相，使得載流子濃度增加，電阻降低。反之，電場也可能會(huì)使電子在相界面處聚集，進(jìn)一步增強(qiáng)散射作用，導(dǎo)致電阻增大。通過該物理模型，可以對(duì)不同應(yīng)力條件下La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的性能變化進(jìn)行預(yù)測。在壓應(yīng)力逐漸增大的過程中，模型預(yù)測鐵磁金屬相的比例將持續(xù)增加，薄膜電阻將不斷降低，電致電阻效應(yīng)將逐漸增強(qiáng)。當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到一定程度后，鐵磁金屬相的比例將趨于穩(wěn)定，薄膜電阻的降低趨勢也將逐漸平緩，電致電阻效應(yīng)將達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在張應(yīng)力逐漸增大的情況下，模型預(yù)測反鐵磁絕緣相的比例將逐漸增大，薄膜電阻將不斷升高，電致電阻效應(yīng)將逐漸減弱。當(dāng)張應(yīng)力達(dá)到一定閾值后，反鐵磁絕緣相的比例將趨于飽和，薄膜電阻的升高趨勢也將逐漸減緩，電致電阻效應(yīng)將變得非常微弱。七、結(jié)論與展望7.1研究成果總結(jié)本研究圍繞La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻、相分離與應(yīng)力調(diào)控展開了深入探索，取得了一系列具有重要理論和實(shí)際意義的研究成果。在電致電阻特性方面，全面揭示了不同應(yīng)力下薄膜的電致電阻行為。研究發(fā)現(xiàn)，壓應(yīng)力作用下，薄膜電阻隨著壓應(yīng)力的增大而降低，這是由于壓應(yīng)力導(dǎo)致晶格畸變，增強(qiáng)了Mn^{3+}和Mn^{4+}離子之間的雙交換相互作用，促進(jìn)了電子的傳輸。而在張應(yīng)力作用下，薄膜電阻隨著張應(yīng)力的增大而增大，原因是張應(yīng)力削弱了雙交換相互作用，阻礙了電子的轉(zhuǎn)移。通過實(shí)驗(yàn)，明確了溫度對(duì)電致電阻效應(yīng)有著顯著影響。低溫下，熱漲落對(duì)電子態(tài)的干擾減弱，晶格熱振動(dòng)減小，電場誘導(dǎo)的晶格畸變更有效地增強(qiáng)了雙交換相互作用，使得電致電阻效應(yīng)增強(qiáng)。高溫下，熱漲落加劇，電子運(yùn)動(dòng)無序，晶格熱振動(dòng)增強(qiáng)，電場對(duì)電子態(tài)的調(diào)控作用減弱，電致電阻效應(yīng)減弱。而且，對(duì)薄膜電致電阻的穩(wěn)定性和重復(fù)性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明在多次循環(huán)測試中，薄膜在低溫和低電場強(qiáng)度下表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性，而高溫和高電場強(qiáng)度會(huì)降低其穩(wěn)定性和重復(fù)性。關(guān)于相分離現(xiàn)象，詳細(xì)分析了應(yīng)力誘導(dǎo)的相分離行為。壓應(yīng)力促進(jìn)鐵磁金屬相的形成，使鐵磁金屬相比例增加，其原因是壓應(yīng)力增強(qiáng)了雙交換相互作用。張應(yīng)力則促進(jìn)反鐵磁絕緣相的形成，使反鐵磁絕緣相比例增大，這是因?yàn)閺垜?yīng)力削弱了雙交換相互作用。深入研究了相分離與電致電阻的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)相分離結(jié)構(gòu)導(dǎo)致載流子傳輸路徑復(fù)雜，在相界面處發(fā)生散射，電子局域化程度增加，從而顯著影響電致電阻效應(yīng)。電場作用下，電子在不同相之間的轉(zhuǎn)移和分布改變，進(jìn)一步導(dǎo)致電阻變化。利用高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）以及能量色散X射線光譜（EDS）等手段，對(duì)相分離的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。HRTEM觀察到相界面處晶格結(jié)構(gòu)的變化和位錯(cuò)、缺陷的存在；STM清晰地顯示了相分離區(qū)域不同相的對(duì)比度和尺寸分布；EDS分析揭示了不同相區(qū)域元素分布的差異以及相界面處元素分布的梯度。在應(yīng)力調(diào)控機(jī)制方面，通過XRD分析，明確了應(yīng)力對(duì)晶格結(jié)構(gòu)的影響。生長在不同襯底上的薄膜，由于晶格失配產(chǎn)生不同大小和方向的應(yīng)力，導(dǎo)致晶格常數(shù)和晶面間距發(fā)生變化。壓應(yīng)力使晶格在面內(nèi)方向收縮，晶面間距減小，衍射峰向高角度位移；張應(yīng)力則使晶格在面內(nèi)方向膨脹，晶面間距增大，衍射峰向低角度位移。借助X射線光電子能譜（XPS）和第一性原理計(jì)算，深入探究了應(yīng)力對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響。應(yīng)力改變了Mn的3d電子軌道和O的2p電子軌道的結(jié)合能，以及費(fèi)米能級(jí)處的電子態(tài)密度。壓應(yīng)力使Mn-O鍵長縮短，電子云重疊程度增大，雙交換相互作用增強(qiáng)，費(fèi)米能級(jí)處電子態(tài)密度增加；張應(yīng)力使Mn-O鍵長伸長，電子云重疊程度減小，雙交換相互作用減弱，費(fèi)米能級(jí)處電子態(tài)密度降低?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，成功構(gòu)建了應(yīng)力調(diào)控相分離和電致電阻的物理模型。該模型考慮了晶格畸變與相分離、電致電阻之間的聯(lián)系，能夠有效地描述應(yīng)力作用下薄膜內(nèi)部的微觀物理過程，并預(yù)測不同應(yīng)力條件下薄膜性能的變化。7.2研究的創(chuàng)新點(diǎn)與不足本研究在La_{0.8}Ca_{0.2}MnO_3薄膜的電致電阻、相分離與應(yīng)力調(diào)控研究方面取得了一些創(chuàng)新成果。在實(shí)驗(yàn)方法上，采用了多種應(yīng)力施加方式，包括通過選擇不同晶格常數(shù)的襯底引入應(yīng)力以及利用電場誘導(dǎo)產(chǎn)生應(yīng)力，能夠全面研究不同類型應(yīng)力對(duì)薄膜物理性質(zhì)的影響，這在以往的研究中較少同時(shí)采用。在研究相分離現(xiàn)象時(shí)，綜合運(yùn)用高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）以及能量色散X射線光譜（EDS）等多種先進(jìn)表征技術(shù)，從微觀結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度和元素分布等多個(gè)角度對(duì)相分離區(qū)域進(jìn)行分析，為深入理解相分離機(jī)制提供了更全面的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在理論分析方面，基于豐富的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建了應(yīng)力調(diào)控相分離和電致電阻的物理模型，該模型充分考慮了晶格畸變與相分離、電致電阻之間的緊密聯(lián)系，能夠有效地描述應(yīng)力作用下薄膜內(nèi)部的微觀物理過程，并