钙钛矿钴、锰氧化物内部的自旋、电荷、晶格、轨道等多自由度间的强关联性使其具有丰富的电磁性能,因此在磁电传感器,磁随机存取存储器元件和自旋电子器件等方面具有很大的发展前景。而随着时代的发展,具有多功能集成性和尺寸微型化的薄膜器件更符合人们对器件的要求。另外,钙钛矿钴、锰氧化物薄膜中,由于衬底的存在而引入的应力也增加了有效调控其磁电性能的有效途径,因而能够更好地满足实际应用的需求。然而,钙钛矿氧化物薄膜的应力作用机制十分复杂。应力除了能够影响钙钛矿的氧八面体的畸变和扭转以外,还可能对薄膜中阳离子有序度、氧空位的浓度、离子间的电荷转移、离子的自旋态等有作用,这就需要我们系统地研究应力的作用机制,以便更有效地改善其磁学和电学性能,从而达到应用要求。为此,本文用高分子辅助沉积法(PAD)制备了可能存在阳离子有序的Nd2CoMnO6双钙钛矿氧化物薄膜,可能存在阳离子有序和氧空位的La2BaCoO5.5+δ薄膜,以及可能存在氧空位的CaMnO3薄膜,并探讨了应力对其结构与电磁性能的影响。具体的研究内容包括:第一章,主要介绍了钙钛矿氧化物的基本结构(包括晶格结构、电子结构、磁结构),内禀相互作用,以及电负性、阳离子有序等基本概念。除此以外,对Ln2Co/NiMn06,Ln2BaCoO5.5+δ和CaMnO3的结构与基本物性做了相关介绍,并讨论了这些钙钛矿氧化物薄膜中存在的热点问题。第二章,采用PAD技术在铝酸镧(LaAlO3)和钛酸锶(SrTiO3)衬底上制备了不同取向的双钙钛矿Nd2CoMnO6薄膜。通过X线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜等表征技术证实了薄膜良好的结晶质量。通过磁性测量观察到所有的薄膜都有单一的铁磁转变,证实了薄膜中较高的Co/Mn离子有序度,但它具有与一般的ABO3单钙钛矿不同的衬底取向依赖关系。实验表明,主要有两个因素竞争性地影响Nd2CoMnO6薄膜的磁性,即类似于正常单钙钛矿ABO3薄膜的氧八面体的畸变和扭转,以及在不改变Co-O-Mn链排列顺序前提下的Co/Mn的离子化,导致了 Nd2CoMnO6薄膜的磁性不同于一般ABO3型钙钛矿薄膜的取向依赖性。我们的结果系统地理解了衬底诱导的应力对Nd2CoMnO6薄膜中磁相互作用的影响,拓宽了其实际应用潜能。第三章,用PAD技术在不同类型的衬底上制备了 LaBaCo205.5+δ(LBCO)薄膜。薄膜的磁电性能测量结果表明,电导率和铁磁转变温度并非随着晶格失配度的减小而单调变化。研究表明,存在三个影响薄膜的结构与物性的主要因素,即与晶格失配有关的氧含量,阳离子的纳米级有序度,以及阳离子的电负性。拉伸应力作用下LBCO薄膜的氧含量减少,阳离子的纳米级有序度降低,导致了铁磁相互作用减弱,而电阻率增大,反铁磁相互作用增强。而由于Co4+和Co3+阳离子电负性的差异,应力作用下的Co4+-O和Co3+-O键的收缩率可能不同,从而诱导Co3+和Co4+离子之间的电荷转移以及钴离子自旋态的变化,结果导致反铁磁相互作用增强,而铁磁相互作用减弱。总之,氧含量、阳离子的纳米级有序度、以及阳离子电负性作用协同与竞争,导致LBCO薄膜电阻率和磁化强度呈异常变化趋势。本章的工作强调了应力控制的氧含量、阳离子的纳米级有序度和阳离子电负性对LBCO薄膜的电学和磁学性能的影响,拓宽了设计新型功能性氧化物材料的可能性。第四章,采用PAD技术在LaAlO3衬底上外延生长了不同取向的双钙钛矿LBCO薄膜。薄膜的电输运和磁输运测量结果表明,LBCO薄膜的电导率和铁磁转变温度对衬底的依赖性与一般ABO3单钙钛矿不同,随着取向由(100)到(111),再到(110),薄膜的磁化强度和铁磁-顺磁转变起始温度逐渐减小,而电阻率和低温异常上升的起始温度逐渐增大。拉曼测量结果表明这些性能的变化与薄膜中钴离子的自旋态相关。中自旋态的钴离子越多,铁磁相互作用越强,反铁磁相互作用越弱。而钴离子自旋态的变化是阳离子电负性与CoO6八面体中的eg和t2g轨道分裂能相互竞争的结果。由于电负性差异,受压缩应力作用时Co4+-O和Co3+-O键长收缩率不同,会引起自旋态降低,不利于中自旋态钴离子的稳定;而应力能够减小CoO6八面体中的eg和t2g轨道的分裂能,稳定中自旋态钴离子。本章的内容突出了衬底取向对钴离子自旋态的调控作用,探索了取向调控钴氧化物薄膜潜在的物理机制,增加了多功能钙钛矿薄膜电子器件应用于实际的可能性。第五章,采用PAD技术在不同类型的衬底上生长了单钙钛矿CaMnO3薄膜。X射线衍射结果表明所有薄膜均受到衬底的面内拉伸应力作用,但是晶格失配度越小的薄膜面外晶胞参数越小。薄膜电输运和磁输运测量结果表明,晶格失配度越小的薄膜具有的电阻率和磁化强度越小。而X射线光电子能谱测量结果表明:拉伸应力有利于CaMnO3薄膜中氧空位的形成,并由此带来晶格膨胀,使得薄膜晶胞参数增大,引起Mn-O-Mn键长拉伸,从而影响其电磁性能,为后续掺杂型CaMnO3薄膜电磁性能的研究奠定了基础。最后一章,对全文内容做了总结,并对未来提出了展望。