《強磁場下室溫多鐵性薄膜的原位生長與物性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由戴建明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強磁場下室溫多鐵性薄膜的原位生長與物性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：戴建明
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單相多鐵性材料同時具有鐵電序和磁有序，大多為過渡金屬多元氧化物關聯電子體系，存在多種序參量之間的相互作用與競爭，在新型多功能器件開發套用和基礎研究方面都具有重要意義，已成為多年來的研究熱點。強磁場作為重要的外場條件在關聯電子材料的製備與物性研究中具有獨特的作用。因此，單相多鐵性材料體系可以作為強磁場下材料製備與物性調控和機理研究的理想樣本。本項目採用最新研製的強磁場下脈衝雷射沉積薄膜生長系統，選取BiFeO3基和磁鉛石結構六角型鐵氧體等具有室溫多鐵性和不同磁電機制的材料體系，進行強磁場下的薄膜原位生長和退火處理，研究磁場對薄膜的微結構和磁電性能的影響以及調控作用與機理；結合強磁場下拉曼譜、太赫茲時域譜等表征技術，研究多鐵性薄膜材料中磁電耦合機制和多種元激發。研究工作為獲得高性能的室溫單相多鐵性薄膜材料，豐富多鐵性材料磁電耦合表征方法，發現強磁場下多鐵性材料中新的物理效應具有重要意義。
結題摘要
單相多鐵性材料同時具有鐵電序與磁有序，存在多種序參量之間的偶合作用，在新型多功能器件開發與套用以及基礎研究方面具有重要意義，成為多年來長盛不衰的研究熱點。強磁場作為重要的外場調控手段，在磁電功能材料的製備與物性研究中具有獨特的作用。本項目研究選取BiFeO3（BFO）、Bi基層狀Aurivillius相化合物、磁鉛石結構六角型鐵氧體等具有室溫多鐵性材料為研究對象，採用強磁場輔助脈衝雷射沉積技術以及強磁場下熱處理等手段，進行薄膜生長和退火處理，研究磁場對薄膜微結構和磁電性能的影響以及調控作用與機理。研究表明，BFO薄膜在不同磁場下進行晶化熱處理，磁場能促使晶粒長大，降低晶界運動的活化能，並且隨著外加磁場的增加，誘導出更多的Fe3+價態離子，這對薄膜的氧空位有抑制作用，從而有效降低了漏電流密度，樣品的剩餘極化增加、矯頑場降低，這對BFO薄膜的套用具有重要意義，表明強磁場對BFO薄膜的鐵電性能改善具有獨特的作用。我們在前期工作基礎上選取磁電性能較好的Bi6Fe1.4Co0.6Ti3O18，在Pt-Si單晶基片上製備薄膜，並在強磁場下進行晶化熱處理，隨著磁場增加，薄膜樣品的鐵電和磁性能明顯增強，這歸因於磁場退火誘導薄膜沿a（b）軸取向生長和晶界連線性增強的結果，表明強磁場退火對Aurivillius相材料的多鐵性具有調控作用。我們還進一步開展了Bi基層狀Aurivillius相化合物以及Y型六角鐵氧體的摻雜效應研究，獲得了多個可能的室溫多鐵性材料體系。為了有效開展強磁場下太赫茲磁光譜研究，我們對多鐵性Cr基尖晶石單晶樣品開展了系統研究。採用太赫茲時域譜技術，在低溫和強磁場下觀測到了CoCr2O4單晶樣品中亞晶格交換模式下磁偶極子躍遷引起的共振吸收，還在太赫茲測試頻段觀察到了ZnCr2Se4單晶樣品與螺旋自旋結構有關的共振吸收峰。研究表明強磁場下太赫茲時域光譜技術是研究複雜磁有序體系中磁結構演化的一種有效方法。
