《異質結薄膜中的電控磁效應及相關機理研究》是依託清華大學，由宋成擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：異質結薄膜中的電控磁效應及相關機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：宋成
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
數據存儲和讀出器件的發展是推動信息工業進步的關鍵。電控磁效應具有低功耗、高速度、非易失性、與半導體積體電路兼容等優點，是一種很有套用前景的信息存儲模式。已有研究表明電場可以改變磁性薄膜的矯頑力、居里溫度和磁各向異性。但是，電控磁的調控機制尚不明確，同時較低的調控效率將限制相關器件的實際套用。本項目擬通過在柵極/磁性材料（包括氧化物、半導體和金屬）組成的異質結薄膜中實現門電壓對磁傳輸性能的調控，在以稀磁氧化物為介質層的阻變存儲器件中研究電阻和磁化的二元協同變化，以及在鐵電體/磁性材料體系中進行鐵電極化翻轉對磁化和磁電阻的循環操縱，深入分析電控磁效應與材料電子結構、界面對稱性、薄膜的磁性來源之間的關係，闡明電場效應調控薄膜材料磁學性能的機制，為構造高調控效率的電控磁器件，以及發展同時利用電（電荷）和磁（自旋）性能實現存儲和讀出功能於一體的自旋器件提供科學依據。
結題摘要
電控磁效應是利用外界電場的作用來調控材料的磁學特性，從而達到數據存儲的目的。這個過程中，磁性的改變不需要外磁場，整個過程也沒有電流通過，從而有望推動低能耗的非易失性存儲器的發展。因此，電控磁效應不僅包含著豐富的科學內涵，還在信息存儲工業上有廣闊的套用前景，吸引了大量的研發工作。申請人及團隊圍繞項目計畫書中的三個研究內容，開展了一系列的研究，基本實現了研究目標：（1）在離子液體或鐵電體柵極/磁性材料組成的異質結薄膜中成功實現了門電壓對錳氧化物、反鐵磁合金和垂直易磁化金屬薄膜磁電輸運性能的調控。結合實驗結果與理論計算，揭示了氧離子遷移和d電子濃度變化在電控磁效應中所扮演的關鍵作用。繼電控晶格、電荷和自旋（分別對應著壓電效應、場效應電晶體和電控磁效應）之後，測得通過離子液體或鐵電體施加門電壓後錳氧化物的軌道占據狀態發生變化，從而在國際上率先從實驗上證明了電控軌道效應；（2）在以稀磁氧化物為介質層的阻變開關中，發現電阻在高/低阻態循環變化能引起稀磁氧化物的磁化強度在低/高之間交替，使電阻和磁性協同轉變並套用於“四態”存儲器件（分別用於存儲和讀出）成為可能，其電阻開關比和磁性的變化分別在100和50%以上；（3）發現通過鐵電體的極化翻轉產生的中心離子位移，可以控制界面過渡金屬共價鍵的增強與減弱以及d電子的面內/面外軌道重構，發展出通過軌道重構來高效調控界面磁性的方法，從而闡明了基於軌道重構的電控磁效應，填補了軌道自由度在電控磁機制中的空白；並在多鐵隧道結中獲得了“四阻態”，歸因於器件同時具有電致電阻和隧道磁電阻效應。在Physical Review Letter和Advanced Materials等期刊發表SCI論文35篇，其中影響因子＞10的8篇。
