铁磁/铁电异质结薄膜的制备与磁电耦合机理研究

来源 :吉林师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tobay1
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多铁性材料同时具有铁磁性、铁电性、铁弹性和铁涡旋性中的两种或两种以上性质,可实现利用外加电场直接调控磁性材料中的磁矩方向发生转动进而调控磁学性能。其中,多铁性异质结具有低功耗、微型化、多功能化及高灵敏度等特点被研究者广泛关注。本文以Fe3O4/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)和NiFe/PMN-PT为研究对象,探究外电场作用下多铁性异质结的静态及动态磁化状态的变化规律,阐明铁电层与铁磁层界面磁电耦合效应的作用机制。采用脉冲激光沉积技术在PMN-PT(001)单晶衬底上沉积厚度约为125 nm的Fe3O4薄膜,通过优化生长温度、沉积氧压、激光频率及激光能量等参数制备表面光滑均一且致密的Fe3O4/PMN-PT(001)多铁性异质结。利用超导量子干涉仪磁强计(SQUID)和电子顺磁共振波谱仪(EPR)分析Fe3O4/PMN-PT(001)多铁性异质结磁性的温度依赖关系及角度依赖关系,通过磁光克尔测试系统(MOKE)观察外加电场下Fe3O4/PMN-PT(001)多铁性异质结的静态及动态磁化状态的变化规律。在Verwey转变温度(Tv=120 K)点,矫顽场(Hc)和剩磁比(Mr/Ms)均达到最大值,分别为358 Oe和95%,并出现体自旋波共振模式,发生共振模式转变的临界角为82°。选用具有不同的横向压电系数d31=-1750 pC/N(沿[100]方向)和d32=900 pC/N(沿[011]向)的PMN-PT(011)单晶作为衬底,沉积Fe3O4薄膜构建Fe3O4/PMN-PT(011)多铁性异质结,通过MOKE和EPR探究其在电场作用下磁性能的变化,并研究多铁性异质结中逆磁电效应的作用机制。结果表明,极化后Fe3O4薄膜的面外晶格常数增大0.08%,Fe3O4/PMN-PT(011)的Hc从368 Oe降至113 Oe,Mr/Ms变化量为30%,Hr的位移高达-483 Oe。此外,在电场和磁场的协同作用下Hr从251 Oe骤变至9681 Oe。采用超高真空磁控溅射设备制备NiFe/PMN-PT多铁性异质结。通过SEM、AFM观察异质结的表面及横截面的微观相貌,利用SQUID和EPR分析其磁学性能。通过MOKE和EPR探究其在电场作用下磁性的动态及静态变化过程,揭示逆磁电效应的作用机制。结果表明,在PMN-PT单晶衬底的矫顽电场值附近,磁滞回线的变化明显,;而远离矫顽电场时磁滞回线几乎不变化。
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