Magnetic and Electrical Field Effects in Polycrystalline La1-XSrXMnO3 Films

Abstract

Electronic properties of lanthanum manganites La1-xMxMnO3 (LSMO), where M=Ca2+, Sr 2+, Ba2+, exhibiting phase transition from paramagnetic to ferromagnetic state, colossal negative magnetoressitance and negative electroresistance effects have been one focus of research in the past few decades. Despite that the most investigations were carried out on epitaxial manganite films the recent research of polycrystalline perovskite manganites has been renewed motivating by fundamental understanding as well as potential device applications. The investigations of magnetoresistance (MR) performed in films grown on bicrystal substrates introducing artificial grain boundaries (GBs), or ultrathin films grown on monocrystalline substrates having high mismatch of lattice constants, revealed advantages of such films if compare with epitaxial ones: significant value of MR over a wide temperature range, initial rapid rise with applied field (low field magnetoresistance, LFMR), and a slow almost linear increase up to very high fields (HFMR). It was demonstrated that GBs are mostly responsible for the observed effects despite that their formation methods could be different. The electrical transport properties studied in manganite films having artificial GBs revealed highly nonlinear current-voltage characteristics at high voltages (named electroresistance, ER) which were explained taking into account a multi-step inelastic tunnelling of charge carriers via several localized states in GBs. In order to gain an understanding of the MR and ER properties and the role of GBs in these phenomena, it is important to study transport mechanisms in polycrystalline LSMO films grown on lucalox substrate, especially focussing to randomly oriented crystallites with naturally formed grain boundaries.

Pastaruoju metu suaktyvėjęs susidomėjimas polikristaliniais manganitų sluoksniais yra nulemtas juose aptiktais tik tokioms nehomogeniškoms sistemoms būdingais efektais – silpno ir stipraus magnetinio lauko magnetovarža ir stipraus elektrinio lauko elektrovarža, kurie galėtų būti pritaikyti, kuriant naujus elektronikos prietaisus. Šiam tikslui reikia sugebėti valdyti sluoksnių parametrus ir naudoti pramoninę šių prietaisų gamybos technologiją. Šiuo požiūriu labai perspektyvi yra MOCVD auginimo technologija, o pigus polikristalinis polikoro padėklas, turintis mažą dielektrinę skvarbą ir sudarytas iš didelio kiekio išorientuotų mažų kristalitų, leidžia kryptingai keisti elektrovaržos ir magnetovaržos efektų dydį. Todėl šių sluoksnių tyrimai yra labai aktualūs. Elektros krūvininkų pernašos mechanizmai tokioje sistemoje yra labai sudėtingi, nes kristalituose juos nulemia feromagnetinių ir paramagnetinių sričių sąveika, o tarpkristalitinėse srityse – tuneliavimo procesai struktūriškai ir magnetiškai netvarkioje aplinkoje. Tačiau detalūs šių mechanizmų tyrimai La1-xSrxMnO3 plonuose sluoksniuose, užaugintuose ant polikoro padėklo, nebuvo atlikti. Jų išaiškinimas yra labai svarbus, norint šiuos sluoksnius pritaikyti įvairiuose spintronikos prietaisuose.