《鈣鈦礦型多鐵性異質結的界面調控磁電耦合效應研究》是依託北京工業大學，由張銘擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦型多鐵性異質結的界面調控磁電耦合效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張銘
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多鐵性材料因蘊含複雜而豐富的磁電耦合效應以及巨大的潛在套用前景而成為當前材料科學及凝聚態物理的研究熱點。本項目主要針對鈣鈦礦型鐵磁/鐵電多鐵性異質結，採用脈衝雷射沉積技術生長製備出高界面質量的鐵電/鐵磁外延異質結；藉助於對樣品的微觀結構、磁、電和電子輸運性能等的系統表征與分析，重點研究界面效應調控的異質結磁、電性能及磁電耦合效應在外磁場（電場）下的演化規律，分析並揭示磁電耦合效應的物理機制；併力求闡明界面效應與鐵電膜介電極化特性、鈣鈦礦氧化物電荷-自旋-軌道及晶格自由度的關聯耦合對多鐵性異質結的自旋電子輸運性質影響規律。本項目的研究，不僅對於深入理解界面調控鐵磁/鐵電異質結磁電耦合效應的物理機制具有重要科學意義，而且對探索多鐵性異質結的套用奠定必要的實驗與理論基礎。
結題摘要
多鐵性材料因蘊含複雜而豐富的磁電效應以及巨大的潛在套用前景而成為當前材料科學及凝聚態物理的研究熱點。本項目著重開展了BiFeO3基單相多鐵材料、鈣鈦礦型複合多鐵材料與異質結的設計、製備與性能最佳化研究，並通過對材料微觀結構、疇結構，以及磁學、電學與磁電耦合特性的表征，深入探討了應變、取向、界面、鐵磁電極厚度等因素對材料多鐵性與磁電耦合特性的影響作用。同時，獲取了具有優異磁電特性的BiFeO3基多鐵性陶瓷材料與多種鈣鈦礦型多鐵性磁電耦合異質結的最佳化製備工藝與性能最佳化技術。首先，通過利用鹼土金屬元素、3d過渡族金屬元素與稀土金屬元素在BiFeO3的A位與B位的共摻可有效實現BiFeO3材料的磁性與鐵電性的共同最佳化，磁性可提高3-5倍，磁電耦合特性可提高一個數量級以上，是一種最佳化BiFeO3材料磁、電特性的有效方法。其次，利用脈衝雷射沉積技術，在多種單晶襯底上，成功製備出具有不同擇優取向、高界面耦合的La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3異質結，該異質結具有優異的磁、電特性與室溫強磁電耦合。所有異質結的磁電電壓係數值均比文獻報導值高1~2個數量級。並且，通過對其微觀結構、磁學、電學與磁電耦合等性質的表征，深入探討了薄膜厚度、晶格應變、取向、界面耦合強度等因素對異質結磁電特性的作用機理。此外，構造了兩種基於BiFeO3薄膜的“三明治”結構器件，這兩種異質結構均具有優異的電致阻變特性。其一為採用脈衝雷射沉積法生長Au/Bi0.8Ba0.2FeO3/ Nb:SrTiO3 (100)異質結構，該器件表現出優異的雙極性電致阻變效應，在-1.5V電壓下，其高、低阻態電阻值相差10倍以上，且具有良好的循環保持特性。其二，利用磁控濺射法在ITO導電玻璃襯底上製備出Au/非晶BiFeO3/ITO器件，該器件表現出良好的單極性電致阻變效應，其高、低阻態的電阻比高達133，該結果已明顯優於文獻報導的外延異質結構器件的結果。而且，該器件與外延異質結器件相比，明顯具有製造成本低、工藝流程簡單等優勢。本項目的研究，不僅對於深入理解多鐵性異質結的磁電耦合效應的內在物理機理具有重要科學意義，而且對探索具有新穎物性的多鐵性異質結的設計與套用奠定必要的實驗與理論基礎。
