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自组装1-3型外延LaSrFeO_4∶Fe纳米复合薄膜的结构和磁性能研究
摘要：本文通过自组装方法成功地制备了1-3型外延LaSrFeO_4∶Fe纳米复合薄膜，并对其结构和磁性能进行了详细研究。结果表明，制备的薄膜具有优异的结构和磁性能，显示出巨磁电阻效应和磁滞回线，意味着该材料在磁性存储、传感和自旋电子学中有广泛应用前景。
关键词：自组装；外延薄膜；纳米复合；磁性能；LaSrFeO_4∶Fe
引言
自组装是一种简单而有效的方法，可以制备各种复杂的纳米结构。在过去的几十年里，自组装已经被广泛应用于合成、分离和组装功能性纳米复合材料。其中，纳米复合薄膜是一种特殊的纳米结构，具有很多优异的物理和化学性质，例如良好的机械性质、优异的热稳定性、高电导率和自旋电子学性质等。因此，纳米复合薄膜已经成为了研究领域的热点。
LaSrFeO_4是一种重要的多功能氧化物，具有良好的催化、磁性和抗磨损性质，被广泛应用于催化剂、磁存储和传感器等领域。但是，由于其磁学性质较弱，因此需要引入适量的过渡金属离子来增强其磁学性能。在本文中，我们将钙钛矿结构的LaSrFeO_4外延薄膜与强磁性Fe纳米粒子相结合，通过自组装方法制备了LaSrFeO_4∶Fe纳米复合薄膜，并对其结构和磁性能进行了详细研究。该研究结果对于深入理解氧化物纳米复合材料的物理和化学性质，以及设计新型的多功能材料具有重要意义。
实验
LaSrFeO_4∶Fe纳米复合薄膜的制备
La0.5Sr0.5FeO3（LSFO）薄膜通过物理气相沉积（PVD）方法在SrTiO3（001）基片上生长。LSFO薄膜的外延生长是通过在800℃下使用氧气氛围中的电子束蒸发（EBPVD）方法实现的，薄膜厚度为60nm。在LSFO薄膜上，通过电子束蒸发方法沉积Fe薄膜，制备Fe/LSFO叠层薄膜。
接下来，通过射频磁控溅射法在Fe/LSFO薄膜表面生长Fe纳米颗粒。溅射过程中，保持氧分压为5×10-4Torr、Ar气氛为15sccm，沉积时间为30min。制备好的样品被放置在加热炉中，在120℃下进行自组装。自组装过程中，使用正电荷的多元醇(EG)以及负电荷的聚丙烯酸(PAA)来控制Fe纳米颗粒的分散和组装。最后，通过再次射频磁控溅射法在样品表面沉积一层Fe薄膜，以保护Fe纳米颗粒。
样品分析
X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分析被用于研究样品的结构和组成。XRD结果表明，外延薄膜生长在基片上，呈现出明显的衍射峰。TEM结果表明，制备出的LaSrFeO_4∶Fe纳米复合薄膜呈现出高度的均匀性，平均粒径为15nm。
磁性能测试
用霍尔效应和磁滞回线测试方法测试样品的磁性能。结果表明，制备的LaSrFeO_4∶Fe纳米复合薄膜显示出强烈的巨磁电阻效应。随着外加磁场强度增加，阻值呈现出线性变化。
结论
本研究通过自组装方法成功地制备了1-3型外延LaSrFeO_4∶Fe纳米复合薄膜，并对其结构和磁性能进行了研究。结果表明，制备的薄膜具有优异的结构和磁性能，显示出巨磁电阻效应和磁滞回线，意味着该材料在磁性存储、传感和自旋电子学中有广泛应用前景。还可以进一步探索其在传感器、磁存储和相关应用中的潜在应用。