是很大，但是开／关比率比较高，适合在动态随机存 铁电材料（栅极层）上外加的正向
储器（ＤＲＡＭ）中应用。这一系统中使用的是Ｐ型 电场使得其中的电偶极矩指向
的ＬＣＭＯ沟道材料，其主要的载流子是空穴。铁 下，亦即指向半导体ＬＣＭＯ层，使
电材料（栅极层）上外加的正向电场使得其中的电 得铁电层下方出现一层正电荷。
堂警辈望臻罂堂骘警。一曼，堡銎鳘然载ＬＣ流ＭＯ子Ｎ耕Ｎ／罢偿０篙嘉 电层下方出现一层正电荷。因此ＬＣＭＯ沟道层中≤蕊；葛妄爻≤磊毒ｌ茹菡芏
会出现负电荷的载流子来补偿，从而使得ＬＣＭＯ 半部分所示。因此当铁电栅极被
中的空穴被耗尽，如图４９上半部分所示。因此当 正向极化时沟道层电阻会上升
铁电栅极被正向极化时沟道层电阻会上升（如图４２ （如图上半部分），而负向极化时
上半部分），而负向极化时电阻下降（如图４２下半 电阻下降（如图下半部分）［１２・］
使用庞磁电阻锰氧化物制作电场效应器件还有待进一步研究。这一研究将会形成强 关联电子工程这一新的领域，整合已有的能带工程和新的包含诸如铁磁、超导和庞磁电阻 等诸多新颖效应的Ｍｏｔｔ转变，从而得到一种在功能电子器件、光器件和磁器件中控制过 渡金属氧化物的电和磁相的新方法，有着广阔的应用前景。
６．３高温超导铜氧化物／锰氧化物夹心结构和自旋极化载流子注入
高温超导铜氧化物／锰氧化物夹心结构的是使用诸如脉冲激光沉积（ＰＬＤ）和分子束 外延（ＭＢＥ）等现代薄膜制备技术的复杂化合物的原子尺度材料工程的一项相对较新的 应用，是对高温超导体的研究和对庞磁电阻锰氧化物的研究发展和交叠的自然结果。庞 磁电阻锰氧化物中，同其半金属特性相联系，其自旋极化程度较高，因此被认为是良好的 自旋极化载流子源。同时，自旋极化载流子的注入可能会在超导体中导致较使用普通金 属的非极化电流注入更为显著的现象。并且高温超导铜氧化物和锰氧化物具有类似的晶 格，这一结构较金属超导体／氧化物铁磁体或氧化物超导体／金属铁磁体等结构更容易实 现和控制。
高温超导铜氧化物／锰氧化物夹心结构中通常使用的超导体为ＤｙＢａ２Ｃｕ３；０７或 ＹＢａ２Ｃｕ，０７。这一类化合物转变温度通常为９０ Ｋ的倍数，具有有序缺陷铜氧化物钙钛矿 结构（ｏｒｄｅｒｅｄ ｄｅｆｅｃｔ—ｃｕｐｒａｔｅ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）ｕ２２ｌ，通常称为１２３相，是正交晶系，ｃ轴 方向的晶格常数大约为ａ和ｂ轴方向上晶格常数的三倍。如ＹＢＣＯ的晶格常数为ａ＝
０．３８９ ｎｌｎ、ｂ＝０．３８２ ｎｌｎ、ｃ＝１．１７
ｎｌＴｌ。通常使用的锰氧化物为№／３Ｍ】／３Ｍｎ０３（Ｍ＝Ｃａ、
ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ）。锰氧化物中，根据双交换作用模型，当局域自旋因温度的降低和外加磁场而 平行排列时，将会发生自旋极化输运。在能带图象中，这些化合物的导带是自旋极化 的［１２３Ｊ。双交换模型表明锰氧化物中载流子的自旋极化率较普通铁磁性金属更接近１，因 为它们是半金属的，接近于完全自旋极化。能带的计算【１２４Ｊ以及自旋极化隧穿ｕ２引、
Ａｎｄｅｅｒｖ反射［１２６ｊ等实验证实了这一点。因此锰氧化物非常适合作为自旋极化载流子源。
锰氧化物的外延相容性可以它们的晶胞参数来理解。Ｌａ２／３Ｃａ】／３ｍｎ０３的晶格参数为倪＝
ｂ：０．５４７ ｎｌｎ、ｃ＝０．７７４ ｎｎｌ。沿ｃ轴生长时，界面处将会形成约４５。的移位，以适配锰氧
化物和铜氧化物平面间晶格参数的距离０．３８７ ｎｉｌｌ＿。
最早研究高温超导体／锰氧化物夹心结构自旋粒子注入的一种结构如图４３上半部分
所示［１２７］。高温超导体ＤｙＢａ２Ｃｕ３０７和锰氧化物‰／３Ｓｒｌ／３ｍｎ０３采用分子束外延方法生
长在ＳｒＴｉ０３（１１０）基底上，中间用一层厚度大约为两个原胞的绝缘层ｇａ２Ｃｕ０４分开。绝 缘层用来改善超导体Ｄｙｇａ２Ｃｕ３０７的性质，可以忽略。图４３下半部分为超导体的电阻一温 度曲线，可以看到转变温度为８０ Ｋ，而锰氧化物层的居里温度为３３０ Ｋ。给锰氧化物施加 与超导体中电流相平行的电流时超导体中的Ｖ—Ｉ特性曲线如图４４上半部分所示。锰氧 化物中通过的电流对超导体的ｖ－Ｉ曲线产生了很大的影响。当锰氧化物中电流的方向改 变时，超导体Ｖ－Ｉ曲线相对于零电流轴的对称性也将发生变化，图中仅给出了一种电流方 向的情况。由图中可以看到，锰氧化物中的电流使得曲线沿着电流轴平移，同时相应于零 电压的曲线的平坦部分减短。曲线的移位是因为通过锰氧化物的部分电流因为超导体的 零电阻率而流经超导体的结果。这使得超导体薄膜中沿一个方向上施加的电流增加，而
１期 刘俊明等：稀土掺杂锰氧化物庞磁电阻效应 １２３
沿另一个方向上施加的电流减少。曲线对称点相对零电流点的偏移可以作为注人超导体 中电流的量度。图４４下半部分给出了不同温度下临界电流同注入电流的关系，可以看到 随着注入电流的升高，临界电流下降，并且使临界电流降为零所需的注入电流同零注入时 的临界电可相比拟。而对温度极为敏感的超导体正常态下电阻率一温度曲线基本上与注 入电流无关，这排除了热效应引起上述现象的可能性。而将Ｌａ２／３Ｓｒ】／３Ｍｎ０３换为Ａｕ薄 膜，发现此时临界电流只有很少的变化，这就证明了是自旋注人而不是简单的非极化载流 子注入导致了上述效应。
图４３最早研究高温超导体／锰氧化物夹 心结构自旋粒子注入的一种结构
（上半部分）和超导体的电阻一温度曲 线（下半部分）［１２７］
划ＳｉＯ：Ｘ
ＹＢＣＯ（１０００，＆）ｌＳｉ６－］ＴＮＳＭＯ ｏｒＬＮＯ（２０００，＆）
ＬＡＯ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
Ｓｉｄｅ ｖｉｅｗ
０．００４
０．００３
０．００２
一Ｏ．００１ 己０
＞．０．００１
－Ｏ００２
－０．００３
．０．００４
．Ｏ
图４４给锰氧化物施加与超导体中电流相平 行的电流时超导体中的、，－１特性曲线
（上半部分）和不同温度下临界电流同 注入电流的关系（下半部分）［１２７］
图４５ ＹＢａ２Ｃｕ３０７／ＬａＡＩ％／Ｎｄｏ．７ｓｒｏ．３＾似０３结构的准粒子注入结构［１２８］
采用高温超导体和锰氧化物制成标准的准粒子注入结构能保证准粒子被完全地注入
到高温超导层中【１２８ｊ。这一结构如图４５所示。 ２０