《濺射外延全氧化物Fe3O4/BiFeO3異質結構的界面磁耦合特性研究》是依託天津大學，由白海力擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：濺射外延全氧化物Fe3O4/BiFeO3異質結構的界面磁耦合特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：白海力
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
BiFeO3是人們目前發現的唯一具有反鐵磁性和鐵電性的無鉛綠色室溫多鐵材料，是研究室溫多鐵性能的首選材料。Fe3O4是相結構穩定且具有高自旋極化率的半金屬材料，是研究自旋注入的理想材料。本申請課題擬在單晶基底上濺射外延系列BiFeO3薄膜以及Fe3O4/BiFeO3異質外延結構，解明外延BiFeO3薄膜的各向異性磁電性質以及尺寸效應的物理機制；研究半金屬性Fe3O4薄膜/磁電多鐵性BiFeO3薄膜異質外延結構在不同生長方向上界面耦合特性與規律，探索不同取向的Fe3O4薄膜與磁電多鐵性BiFeO3薄膜的界面匹配原則，實現全外延半金屬性氧化物薄膜/磁電多鐵性氧化物薄膜異質結構的界面耦合特性的按需設計。對簡單的雙層複合結構的界面耦合特性及其物理機制的深入研究，可進一步豐富我們對半金屬性氧化物/磁電多鐵性氧化物異質結構的了解與認識，為探求異質結構中磁電性能調控的新機制積累實驗數據。
結題摘要
BiFeO3是具有反鐵磁性和鐵電性的無鉛綠色室溫多鐵材料，是研究室溫多鐵性能的首選材料。Fe3O4是相結構穩定且具有高自旋極化率的半金屬材料，是研究自旋注入的理想材料。我們利用濺射方法分別在SrTiO3和LaAlO3基片上生長了全氧化物Fe3O4/R-BiFeO3與Fe3O4/T-BiFeO3異質結構。由於T相BiFeO3結構畸變後使得界面耦合效應增強，Fe3O4/T-BiFeO3異質結構相比R相結構具有更大的交換偏置場。進一步研究發現，在尖晶石鐵氧體/BiFeO3全氧化物多鐵異質結中，界面氧空位密度的增加，會降低交換偏置效應。我們採用磁性對氧空位敏感的Mn:ZnO (5 at. % Mn)與BiFeO3構成異質結，通過外加電場改變BiFeO3的鐵電極化狀態，實現了室溫下較為明顯的電場調控磁效應。在不同極化狀態下，異質結呈現出高電阻態(HRS)和低電阻態(LRS)。樣品在HRS下飽和磁化強度和矯頑力均增大，而在LRS下磁性又恢復到接近初始的狀態。氧空位在外加電場和極化電荷的作用下發生遷移和重新分布，進而改變了界面的勢壘高度並導致Mn:ZnO的磁性變化。 YMnO3作為一種典型的多鐵性材料，具有六角和正交晶系兩種結構。我們在Fe3O4/h-YMnO3多鐵異質結中觀察到了依賴於鐵磁層厚度的反常交換偏置效應。這種現象是由h-YMnO3反鐵磁疇壁上的未補償磁矩和Fe3O4依賴於厚度的反相疇間的相互作用共同造成的。在Fe/h-YMnO3複合薄膜中觀察到了交換偏置效應調控的各向異性磁電阻。通過基底應力效應，我們製備了o-YMnO3/La0.6Sr0.4MnO3/SrTiO3多鐵異質結，發現了晶體取向調製的交換偏置效應。由於o-YMnO3與La0.6Sr0.4MnO3在界面處Mn3+-O2--Mn4+鍵角不同，影響了界面處雙交換耦合的強度。在La0.6Sr0.4MnO3/o-YMnO3/SrTiO3多鐵異質結中，La0.6Sr0.4MnO3層受到o-YMnO3層張應力的影響，致使La0.6Sr0.4MnO3層中Mn離子的3d軌道重組，引入了反鐵磁相，進而增強了異質結的交換偏置效應。 通過對BiFeO3基和YMnO3基多鐵複合結構的製備和物性的系統研究，我們對多鐵性氧化物異質結構的界面耦合效應、電場調控磁電特性的物理機制有了豐富的認識，為新型多功能電子器件的設計與套用積累實驗數據。
