Preparation and Properties of Polycrystalline and Epitaxial Manganite Films for Pulsed Magnetic Field Application

Abstract

Deposition techniques and conditions used for preparation of thin manganite films on which bases pulsed magnetic field sensors were developed are described. High quality epitaxial and polycrystalline La0.83Sr0.17MnO3 and La0.67Ca0.33MnO3 films are prepared by pulsed liquid injection MOCVD technique and laser deposition. Possibilities to obtain variation in very wide range of electrical and magnetic properties of the films changing the deposition conditions, substrates, film structure and thickness are shown. Increase in polycrystallinity and non-homogeneity of the film’s structure leads to increase in specific resistance and decrease of the maximum temperature of ρ(T) dependence. The similar behaviour could be obtained decreasing thickness of epitaxial film down to several nanometres. Magnetoresistance MR of films prepared by different techniques and at different conditions was investigated at pulsed magnetic fields up to 35 T. The obtained results showed that polycrystalline films have several advantages in comparison with epitaxial ones for the development of pulsed magnetic field sensors. In spite of lower MR sensitivity, polycrystalline films have no MR saturation effects in high magnetic fields and can be successfully used to measure absolute value of the fields up to 35 T.

Pateikta plonųjų manganitų sluoksnių gamybos technologija ir auginimo sąlygos, siekiant šių sluoksnių savybes panaudoti impulsinio magnetinio lauko jutikliams kurti. Aukštos kokybės epitaksiniai ir polikristaliniai La0.83Sr0.17MnO3 ir La0.67Ca0.33MnO3 sluoksniai buvo užauginti cheminiu gariniu (MOCVD) ir lazeriniu metaloorganinio junginio nusodinimu. Parodyta, kad, keičiant auginimo sąlygas, padėklus, sluoksnių struktūrą ir storį, galima labai plačiame ruože keisti manganitų elektrines ir magnetines savybes. Didinant sluoksnių polikristališkumą ir struktūros netvarkumo laipsnį, padidėja sluoksnio specifinė varža ir pažemėja fazinio virsmo temperatūra. Tokios pat savybės gaunamos, mažinant epitaksinio sluoksnio storį iki kelių nanometrų. Sluoksnių, nusodintų skirtingais metodais, magnetovarža buvo išmatuota iki 35 T magnetiniuose laukuose, naudojant stiprių impulsinių magnetinių laukų generatorių. Nustatyta, jog polikristaliniai sluoksniai, palyginti juos su epitaksiniais sluoksniais, turi keletą pranašumų, kuriant impulsinio magnetinio lauko jutiklius. Nors jų jautris magnetiniam laukui yra mažesnis, bet polikristalinių sluoksnių magnetovarža neįsisotina iki 35 T ir nepriklauso nuo magnetinio lauko krypties. Todėl manganitų polikristaliniai sluoksniai gali būti sėkmingai panaudoti, kuriant stipraus impulsinio magnetinio lauko jutiklius.