《鈣鈦礦型鐵磁/鐵電外延異質結的磁電效應研究》是依託電子科技大學,由陳遠富擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦型鐵磁/鐵電外延異質結的磁電效應研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳遠富
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多鐵性材料因蘊含著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國際前沿和研究熱點。本項目主要針對鈣鈦礦型鐵磁/鐵電多鐵性平面異質結體系，採用雷射分子束外延技術將鐵電（或鐵磁）薄膜外延生長在鐵磁（或鐵電）單晶基片，通過生長控制及外延生長工藝最佳化，獲得高界面質量、高機械彈性耦合的外延異質結；通過系統研究外磁場（電場）下，異質結的磁、電性能及磁電耦合效應的演化規律，分析並揭示磁電耦合效應的物理機制，為獲得室溫大磁電效應的鐵磁/鐵電異質結系統提供材料學基礎。本項目的研究，不僅對於深入理解鐵磁/鐵電異質結體系的磁電耦合效應的物理機制具有基礎科學意義，而且對於探索室溫大磁電效應材料體系具有工程意義。
結題摘要
多鐵性材料因同時具有鐵磁、鐵電性能及豐富的磁電耦合效應成為當前材料科學及凝聚態物理研究熱點。本項目首先通過對生長工藝的最佳化獲得了高晶體質量的外延鐵電、鐵磁薄膜及其異質結；然後，系統研究並獲得了鐵電極化（或鐵磁極化）對鐵磁/鐵電（鐵電/鐵磁）異質結的磁、電性能的影響規律及相關機理，並研究了多鐵性鐵酸鉍（BFO）薄膜的局域漏電行為、阻變行為及相關機理。本項目取得的主要成果如下。 (i) 通過在外延生長過程中RHEED原位監控，及外延生長後對薄膜和異質結表面、界面、外延取向、晶體質量等系統分析，反饋並最佳化了生長工藝，獲得了高質量的外延鐵磁、鐵電薄膜及鐵磁/鐵電（鐵電/鐵磁）外延異質結。例如，外延的PTO薄膜（001）峰半高寬僅為3.2 arc min，為目前國際上最小值。 (ii) 系統研究了鐵電/鐵磁（鐵磁/鐵電）體系的磁、電性能及磁電耦合效應及相關機理：對於PZT/LSMO異質結，研究表明LSMO鐵磁層的電阻特性對PZT的極化有強烈回響（0.4V極化電壓使LSMO電阻變化高達45.5%），LSMO的磁學特性對PZT的極化幾無回響，而PZT鐵電性能對LSMO的磁極化有較強的回響；對於LSMO/PMN-PT異質結，結果表明PMN-PT鐵電單晶襯底在10 kV/cm極化電壓下，不僅可顯著改變LSMO鐵磁層的電子輸運性能（電阻變化達25.5%），還能有效調製LSMO層的磁學特性（磁矩變化高達18.3%，居里點提高6K）； P(VDF-TrFE)鐵電薄膜對AlGaN/GaN二維電子氣系統的電子輸運性能有顯著的影響，通過外加電場改鐵電薄膜的極化強度，能有效調製二維電子氣的遷移率和載流子濃度，載流子濃度的調製幅度高達235%。 (iii) 研究了BFO薄膜的局域漏電特性、阻變行為及機理：研究表明導電通道主要存在於BFO薄膜的晶界，且非晶BFO層是抑制電荷輸運的阻擋層，能有效減小漏電流，對解決BFO器件的漏電問題具有重要的科學與工程意義；研究表明Au/BFO/Pt結構在直流和脈衝電壓下都表現出優異的整流特性和極高的開關比，且有超過十萬次的循環壽命，對於研發新型多鐵RRAM器件具有重要意義。本項目的研究成果具有一定的科學意義和工程價值，在JAP、JCG等刊物上發表了10多篇SCI論文，還有1項授權中國發明專利。
