《基於鐵磁/多鐵性薄膜異質結的電控制磁極化開關研究》是依託濟南大學，由楊鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於鐵磁/多鐵性薄膜異質結的電控制磁極化開關研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊鋒
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁自旋電子器件微型化與半導體器件集成化的發展趨勢使得利用電場直接控制磁極化開關操作變得越來越重要，這不僅能開發新型自旋電子器件，而且在磁電理論研究中也具有重要的意義。本項目針對邏輯器件用鐵磁(如Fe、Co、Ni)/多鐵性BiFeO3基薄膜異質結構，主要研究如何利用電場操控多鐵性薄膜中的反鐵磁極化翻轉，進而操控緊鄰軟鐵磁薄膜的磁極化方向。通過摻雜和種子層上取向生長等方法得到室溫下具有良好磁電耦合性能和明顯磁極化取向的多鐵性薄膜，並結合朗道理論與第一性原理計算，控制材料參數自由度來穩定磁極化矢量，實現電場對磁極化180度翻轉的調製。將具有穩定磁極化取向的BiFeO3基薄膜與軟鐵磁電極異質外延製備成鐵磁/反鐵磁多鐵異質結構，研究鐵電性與鐵磁性的耦合作用及磁極化的電場敏感度，實現電場對磁極化翻轉的非揮發操作。建立科學的方法體系，為設計非揮發性電控制磁開關等自旋電子器件提供實驗研究基礎和理論指導。
結題摘要
本項目以多鐵性薄膜異質結為研究對象，研究了基於BiFeO3（BFO）、Bi4Ti3O12、Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNT）、CoFe2O4（CFO）、NiFe2O4等多種鐵電鐵磁多鐵性單相薄膜及複合異質結構的磁電和逆磁電（電控制磁極化開關）效應。具體內容如下： 首次採用金屬有機物分解法製備了CFO\BNT雙層及多層鐵電鐵磁異質結。控制BNT鐵電薄膜層按照（100）、（117）和（001）取向生長，與CFO鐵磁薄膜呈現清楚的接觸界面，研究其磁電和逆磁電特性。結果表明取向工藝參數嚴重影響器件性能。通過改變膜厚探究了尺寸效應對雙層複合薄膜電學、磁學以及磁電互控性能的影響。 製備了單相多鐵性Bi6.15Nd0.85Fe1.5Co1.5Ti3O21（BNFCTO）薄膜與BTFO薄膜。研究了單層旋塗厚度對晶體生長的影響，發現隨著單層厚度減薄，薄膜的結晶程度先增高后減小。通過控制單層厚度研究其對多鐵性及磁電互控性能的影響。並在此基礎上製備了BNT-BNFCTO複合多鐵性薄膜異質結，研究了磁各向異性，以及磁電耦合特性。 通過控制預退火溫度在ITO玻璃襯底上製備了(110)取向的BFO薄膜。通過分析薄膜隨著厚度變化的演變，揭示了（110）薄膜取向生長的模式。在Au/BFO(110)/ITO異質結器件中，發現了極化調製的高開關比雙穩態阻性開關行為和明顯的二極體整流特性。製備了1.4 µm La摻雜BFO厚膜並分析了Bi過量在厚膜製備中起到了促進晶體生長、提高電性能的重要作用。 基於晶胞中心離子穿越鐵電雙勢阱的跳躍機率函式，建立起鐵電滯回行為起源的統計力學理論。該理論可以很好的解釋極化電流和矯頑場的隨著外激勵的變化規律，這一點表現出了傳統機理分析理論如微觀模型和熱動力學理論所不能解釋的優點。 結合理論研究探究多鐵性薄膜的強磁電耦合作用的機理，基於鐵電朗道理論自主開發了相場模擬軟體（YPSP V1.0）和鐵電存儲器場效應電晶體模擬軟體（FeMDSP V1.0），基於以上自主開發的軟體模擬分析了薄膜材料及其器件的相關性能。
