RMnO3多鐵性薄膜的拓撲疇結構及其新穎光電磁新效應

《RMnO3多鐵性薄膜的拓撲疇結構及其新穎光電磁新效應》是依託華南師範大學，由曾敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：RMnO3多鐵性薄膜的拓撲疇結構及其新穎光電磁新效應
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曾敏
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

具有實空間拓撲鐵電渦旋疇結構是當前凝聚態物理領域的前沿增長點，蘊含豐富物理現象和潛在套用前景。本項目以六角晶系錳氧化物RMnO3薄膜的拓撲疇結構及其新穎光電磁效應為研究對象，實驗與理論相結合。一方面，外延生長具有拓撲鐵電渦旋疇的幾類六角晶系RMnO3薄膜，探索晶格失配、應力、界面態與缺陷等因素對拓撲鐵電渦旋疇結構和極化、磁性、電導、磁電耦合性能的影響，發展拓撲正-反渦旋疇反轉、拓撲疇運動及疇密度大小的調控方法。同時，探討拓撲鐵電渦旋疇潛在的新穎特性，如光伏特性。另一方面，通過第一性原理和唯像相場方法研究拓撲疇壁的電子結構與熱力學穩定性，揭示拓撲疇結構及其動力學行為，結合實驗結果，闡明拓撲結構與鐵電、磁性及磁電耦合等性能的關係。本項目的研究將豐富實空間拓撲鐵電渦旋疇的物理內涵，拓展凝聚態物理學中拓撲性範疇，為拓撲渦旋電疇在信息存儲與能源等領域的套用提供物理基礎。

結題摘要

六角晶系錳氧化物RMnO3是一種重要的多鐵性材料，除了鐵電/磁性互控之外，其鐵電拓撲vortex疇也表現出豐富的物理特性及其新穎光電磁效應，從而在自旋電子學和其他領域有著廣闊的套用前景。本項目主要以六角RMnO3薄膜的多鐵特性和vortex疇為對象展開研究。首先，通過脈衝雷射沉積法，在不同的襯底上，如Al2O3(0001)，YSZ(111)等，生長多種RMnO3薄膜, 如YMnO3、ErMnO3、 GdMnO3等，一方面通過XRD、TEM揭示該薄膜具有高度的外延特性；通過PFM測試了薄膜的鐵電疇和極化翻轉等特性，如在六角ErMnO3薄膜中，獲得了具有明顯的納米鐵電疇結構，且具有明顯的極化反轉和保持特性；在YMnO3獲得了明顯的vortex疇結構，其vortex疇的尺寸僅為20 nm左右。另一方面，研究了六角YMnO3多鐵性外延薄膜的紫外光探測。獲得了不同厚度的YMnO3光探測器都具有很好的光電相應和穩定性能。隨著YMnO3薄膜厚度的增加，其光電探測性能先增強然後減少，最優的光電增益性能，即有關和無關的電流比值高達387.4。其次，我們通過浮區法製備出了高質量的各種六角錳氧化物單晶，如YbMnO3，HoMnO3和ErMnO3。主要關注不同取向晶體的物理特性，包括磁特性、電輸運、Hall效應等，尤其實現了vortex的巨觀觀測。最後，依託本項目的支持，我們也研究了其它一些類型的多鐵性材料，如TmMn2O5陶瓷，Y和Eu共摻雜的DyMn2O5陶瓷，獲得了自旋序和鐵電序在極低溫下存在較強的耦合作用，以及Sm/Sc共摻雜BiFeO3陶瓷，獲得了電疇和磁疇室溫共存的多鐵特性。本項目的研究推動了六角RMnO3薄膜的vortex的研究以及新奇的光電探測性能。