Ni/Pb(Zr,Ti)O3/TbFe2层状复合材料的谐振磁电特性研究

采用化学镀和黏接法制备层状磁电复合材料Ni/PZT/TbFe₂,研究其磁电性能及谐振频率随Ni层厚度的变化情况. 结果表明:Ni/PZT/TbFe₂层状磁电复合材料与其他结构的磁电性能不同,其一阶弯曲谐振峰值和纵向谐振峰值都很大. 随着Ni层厚度的增加,Ni/PZT/TbFe₂层状磁电复合材料的一阶纵向谐振峰值逐渐增大. 结合实验数据和理论计算值得出了材料的一阶弯曲谐振频率fr1和一阶纵向谐振频率f 关键词： 磁电效应 正磁致伸缩 负磁致伸缩 谐振频率     

多铁异质结构中逆磁电耦合效应的研究进展

电场调控磁性能够有效降低功耗,在未来低功耗多功能器件等方面具有巨大的潜在应用前景.铁磁/铁电多铁异质结构是实现电场调控磁性的有效途径,其中室温、磁电耦合效应大的应变媒介磁电耦合是最为活跃的研究领域之一.本文简要介绍在以Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))_(0.7)Ti_(0.3)O_3为铁电材料的多铁异质结构中通过应变媒介磁电耦合效应对磁性、磁化翻转及磁性隧道结调控的研究进展.首先讨论了多铁异质结构中电场对磁性的调控;之后介绍了电场调控磁化翻转的研究进展及理论上实现的途径;然后简述了电场对磁性隧道结调控的相关结果;最后在此基础上,对多铁异质结构中电场调控磁性及磁性器件进行了总结和展望.     

自旋电子学材料、物理和器件设计原理的研究进展

文章介绍了作者所在实验室在巨磁电阻(GMR)、隧穿磁电阻(TMR)、庞磁电阻(CMR)和反铁磁钉扎薄膜材料以及单晶金属氧化物、高自旋极化率材料、P-N异质结和纳米环磁随机存储器原理型演示器件设计等研究方面取得的一些重要研究成果和进展.例如:在Al-O势垒磁性隧道结材料体系里,获得室温磁电阻超过80%的国际最好结果;获得两种高性能层状反铁磁钉扎材料体系;发现具有大的电致电阻效应的CMR薄膜材料,并可期望用于电流直接进行磁信息写和读操作的磁存储介质;发现双势垒磁性隧道结中的量子阱态共振隧穿和磁电阻振荡效应,以及纳米器件体系中自旋翻转长度的观测新方法,可用于新型自旋电子学材料及相关器件的人工辅助设计;利用电子自旋共振谱探测和研究了金属氧化物的微观自旋结构和各向异性;在[CoFe/Pt]n磁性金属多层膜中,观测到超高灵敏度的反常霍尔效应;利用纳米环状磁性隧道结作为存储单元,研制出一种新型纳米环磁随机存储器MRAM原理型演示器件.     

磁电异质结及器件应用

磁电异质结是由铁磁和铁电材料通过连接层耦合而成,其磁电效应来源于铁电相的压电效应和铁磁相的磁致伸缩效应.相对于颗粒混相磁电复合材料,层状磁电异质结材料具有更高的磁电耦合系数和更低的介电损耗,使得其在磁场传感器、能量收集器、天线以及存储器等领域都有着巨大的应用前景.本综述重点总结了磁电异质结材料的发展历程以及相关应用领域的最新进展,最后评述了磁电异质结材料发展的挑战和前景展望.     

双层纳米磁电薄膜模型及分析

以层状磁电复合材料弹性力学模型为基础,建立了自由状态下双层纳米磁电薄膜的弹性力学模型,并以此为基础简单介绍了推导其磁电电压系数表达式的方法.计算了CoFe₂Ｏ₄/Pb（Zr_0．52Ti_0．48）Ｏ₃双层纳米复合薄膜的磁电电压系数理论值,分析结果表明基片对薄膜存在强烈的夹持效应,而且基片对压电与磁致伸缩两相材料间最佳体积比有一定的影响. 关键词： 磁电理论 磁电薄膜 铁电材料 磁致伸缩     

磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析

分析和推导了磁致伸缩/压电叠层复合材料的机-电耦合系数、磁-机耦合系数及磁-电耦合系数与磁致伸缩层和压电层性能参数及几何参数之间的关系.进一步分析表明,叠层复合材料低频时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数,谐振时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数与机械品质因素的乘积;磁电电压系数还与复合结构的本征阻抗有关,本征阻抗越大磁电电压系数越大.通过性能差异较大的Terfenol-D和FeNi基弹性合金分别与压电材料PZT5-H和PZT8相互组合构成复合材料的比较分析,进一步阐明了磁电复合材料磁-电耦合系数和机械品 关键词： 磁电效应 磁-机-电耦合系数 磁致伸缩材料 压电材料     

顺磁性La2/3Sr1/3MnO3层对Bi0.8Ba0.2FeO3薄膜多铁性能的影响

界面效应在提升异质结构材料的多铁性能方面有着重要的作用. 本文采用脉冲激光沉积技术在SrTiO₃(STO)基片上制备了Bi_0.8Ba_0.2FeO₃(BBFO)/La_2/3Sr_1/3MnO₃(LSMO)异质结. X-射线衍射图谱表明异质结呈现单相外延生长, 利用高分辨透射电镜进一步证实了BBFO为四方相结构. X-射线光电子能谱证实异质结中只存在Fe³⁺ 离子, 没有产生价态的变化, 揭示了异质结铁电和铁磁性的增强与BBFO/LSMO的界面有关. 同时, 测试了磁电阻(MR)和磁介电(MD), 当磁场强度为0.8 T, 温度为70 K时, MR约为-42.2%, MD约为21.2%. 并且发现在180 K时出现磁相的转变. 实验结果揭示出异质界面效应在提升材料的多铁性和磁电耦合效应方面具有超常的优点, 是加快多铁材料实际应用的有效途径.     

有限输入阻抗下压电/磁伸层叠材料磁电效应理论及实验

将磁致伸缩材料及压电材料本构方程与运动方程结合,考虑压电材料具有的高输出阻抗的特点及测试设备的有限输入阻抗和传输信号引线电容对磁电效应输出电压的影响,推出了Terfenol-D巨磁伸材料与横向极化Pb(Zr_1-xTi_x)O₃压电材料的磁电效应理论,研制了由一维磁伸材料构成的三明治结构元件并对其性能进行了测试,采用考虑了测试系统有限输入阻抗后建立的磁电效应理论结果与实验结果更符合.理论结果表明磁电元件在有限输入阻抗 关键词： 磁电效应 有限输入阻抗 压电/磁伸复合 一维磁伸材料     

La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3/Ba_(0.85)Ca_(0.15)Ti_(1-x)In_xO_3:Er/Yb磁电复合薄膜的上转换发光、电输运和磁性能研究

通过固相反应法制备了Ba_(0.835)Ca_(0.15)Ti_(1-x)In_xO_3:0.75%Er/0.75%Yb(BCTIO:Er/Yb)(0≤x≤2%)铁电陶瓷,研究了In掺杂对其铁电、介电、电输运、磁性以及上转换发光性能的影响,结果表明In掺杂对陶瓷的铁电和介电性能有所改善.在上转换发光方面,与没掺In的陶瓷相比,掺0.5%mol In的陶瓷发光性能显著提升,在550和665nm处的绿色和红色发光强度分别增强了1500%和5000%.在此基础上,我们将具有巨磁电阻效应的La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3(LCMO)薄膜生长在抛光后的BCTIO:Er/Yb陶瓷衬底上,构建了LCMO/BCTIO:Er/Yb磁电复合薄膜,发现该复合薄膜体系不仅具有量好的上转换发光性能,而且具有金属-绝缘体相变以及伴随着的巨磁电阻效应.磁测量表明LCMO薄膜表现出超顺磁性,这很可能是由于LCMO薄膜的晶粒尺寸很小(几十纳米)引起.这种同时具有上转换发光、铁电、压电和磁电阻效应的复合薄膜在光电子学和自旋电子学器件方面可能具有潜在的应用价值.     

La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3复合薄膜的制备及其电致磁电效应研究

使用脉冲激光沉积技术,在LaAlO₃(001)单晶基片上制备了La_2/3Sr_1/3MnO₃(LSMO)/BaTiO₃(BTO)双层薄膜.X射线衍射分析显示,LSMO层和BTO层呈现纯(001)取向.原子力显微镜研究表明,薄膜表面晶粒大小均匀,排列致密,表面均方根粗糙度为1.4 nm.复合薄膜的磁学、电学性能研究表明,其具有良好的磁学和介电性能.电输运测试显示,与在BTO层上施加正方向 关键词： 磁电效应 铁电/铁磁异质结构 脉冲激光沉积     

2-2型磁电复合薄膜CoFe2O4/Pb(Zr0.53Ti0.47)O3静磁耦合

运用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO₂/Si基片上旋涂制备了2-2型CoFe₂O₄/Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃磁电复合薄膜．制备的磁电薄膜结构为基片/PZT/CFO/PZT*/CFO/PZT,通过改变中间层PZT*溶胶的浓度,改变磁性层间距以及静磁耦合的大小．SEM结果表明,复合薄膜结构致密,呈现出界面清晰平整的多层结构．制备的复合薄膜具有较好的铁电与铁磁性能．实验还研究了静磁耦合对薄膜磁电性能的影响,结果表明,随着复合薄膜磁性层间距的减小,静磁耦合效应的增加,磁电电压系数有逐渐增大的趋势.     

Voltage control magnetism and ferromagnetic resonance in an Fe19Ni81/PMN-PT heterostructure by strain

Voltage control magnetism has been widely studied due to its potential applications in the next generation of information technology. PMN-PT, as a single crystal ferroelectric substrate, has been widely used in the study of voltage control magnetism because of its excellent piezoelectric properties. However, most of the research based on PMN-PT only studies the influence of a single tensile (or compressive) stress on the magnetic properties due to the asymmetry of strain. In this work, we show the effect of different strains on the magnetic anisotropy of an Fe₁₉Ni₈₁/(011) PMN-PT heterojunction. More importantly, the (011) cut PMN-PT generates non-volatile strain, which provides an advantage when investigating the voltage manipulation of RF/microwave magnetic devices. As a result, a ferromagnetic resonance field tunability of 70 Oe is induced in our sample by the non-volatile strain. Our results provide new possibilities for novel voltage adjustable RF/microwave magnetic devices and spintronic devices.     

Effect of preferred orientation on magnetoelectric properties of multiferroic La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3 heterostructure

The epitaxial La_0.7Sr_0.3MnO₃/BaTiO₃ bilayer heterostructures were deposited on LaAlO₃ (001) and (110) substrates by pulsed laser deposition. The inherent ferromagnetic, ferroelectric properties and strong magnetoelectric (ME) effect at room temperature were approved, which correlated to the preferred orientation of the films. Both heterostructures showed similar frequency-dependent ME behavior in 0.1 kHz-100 kHz, the ME voltage coefficients were around 140 mV/cm Oe and 104.8 mV/cm Oe at 1 kHz for (001) and (110) oriented bilayers, respectively. This was at least one order of magnitude higher than previously reported results of the related heterostructures, which is mainly ascribed to the lower dielectric constant of BTO film.     

垂直各向异性Ho3Fe5O12薄膜的外延生长与其异质结构的自旋输运

垂直磁各向异性稀土-铁-石榴石纳米薄膜在自旋电子学中具有重要应用前景.本文使用溅射方法在(111)取向掺杂钇钪的钆镓石榴石(Gd_0.63Y_2.37Sc₂Ga₃O₁₂,GYSGG)单晶衬底上外延生长了2—100 nm厚的钬铁石榴石(Ho₃Fe₅O₁₂,HoIG)薄膜,并进一步在HoIG上沉积了3 nm Pt薄膜.测量了室温下HoIG的磁各向异性和HoIG/Pt异质结构的自旋相关输运性质.结果显示,厚度薄至2 nm的HoIG薄膜(小于2个单胞层)在室温仍具有铁磁性,且由于外延应变,2—60 nm厚HoIG薄膜都具有很强的垂直磁各向异性,有效垂直各向异性场最大达350 mT;异质结构样品表现出非常可观的反常霍尔效应和“自旋霍尔/各向异性”磁电阻效应,前者在HoIG厚度小于4 nm时开始缓慢下降,而后者当HoIG厚度小于7 nm时急剧减小,说明相较于反常霍尔效应,磁电阻效应对HoIG的体磁性相对更加敏感;此外,自旋相关热电压随HoIG厚度减薄在整个厚度范围以指数方式下降,说明遵从热激化磁振子运动规律的自旋塞贝克效应是其主要贡献者.本文结果表明HoIG纳米薄膜具有可调控的垂直磁各向异性,厚度大于4 nm的HoIG/Pt异质结构具有高效的自旋界面交换作用,是自旋电子学应用发展的一个重要候选材料.     

Magnetoelectric properties of particulate and bi-layer PMN-PT/CoFe2O4 composites

Our studies comprise electrical dielectric and magnetoelectric properties of CoFe₂O₄ (CFO) and Pb(Mg_1/3Nb_2/3)_0.67Ti_0.33O₃ [PMN-PT] magnetoelectric composites. The individual phases were prepared by conventional ceramic method. The particulate composites of ferrite and ferroelectric phases were prepared in ferroelectric rich region. Presence of both the phases in the composites was confirmed using X-ray diffraction techniques. The scanning electron microscopic images recorded in backscattered mode were used to study the microstructure of composites. Lattice constant, dielectric constant, electrical resistivity, ferroelectric, and magnetic properties of individual as well as particulate composites were studied. Further the bi-layer composites were made using the discs obtained from the powders of individual phases where hot press technique was employed to obtain disc of individual phases. CFO phase used in bi-layer composites was obtained using chemical co-precipitation technique. Magnetoelectric (ME) measurements were carried out on both, particulate and layered magnetoelectric composites. Comparison of ME signal obtained from particulate and layered composites revealed that the layered composites gives superior magnetoelectric signal. ME data obtained for layered composites show good agreement with the theoretical model.     

BaTiO_3/La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3-δ)复合薄膜的磁致电极化和磁介电特性研究

采用脉冲激光沉积法制备了BaTiO_3(BTO)与缺氧的铁磁绝缘态La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3-δ)(LSMO)构成的磁电复合薄膜,研究了20—300K温度区间内磁场对电极化特性和介电特性的影响.研究发现,施加磁场使得电滞回线的剩余极化强度和矫顽场均增大,其变化率峰值分别为111.9%和89.6%,峰值温度分别为40K和60K.异质结具有显著的磁介电效应,在测量温度区间内,磁场使得介电常数增大,介电损耗减小.在0.8T场强下,介电常数的最大磁致变化率出现在60K,达到了300%,而介电损耗也在此温度实现了最大变化,减小为零场时的50.9%.该磁电复合薄膜的磁致电极化和磁介电特性的极值均出现在LSMO层的磁电阻峰值温度附近,这说明磁场对电滞回线和介电参数的调制应该源自电荷相关的耦合作用.其可能的机理是磁场使得锰氧化物中的Mn离子局域磁矩趋于有序排列,并通过自旋-轨道耦合以及界面效应间接影响了BTO的电极化特性.研究结果对于多铁器件的开发和应用具有重要意义.     

2-2型PMNT/NFO复合磁电效应模拟

利用弹性力学模型,基于铁电相与铁磁相的本构方程,建立磁电复合材料的本构方程,推导2-2型非理想耦合的磁电双层、三层复合薄膜的纵向、横向磁电(ME)电压系数.研究铁磁相材料铁酸镍(NFO)和铁电相材料铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)复合的磁电效应,分析复合材料的磁电电压系数与PMNT体积分数、界面耦合参数、两相体积比及复合总层数的关系.结果表明两相材料的性能、体积分数以及耦合系数、复合层数都影响磁电电压系数.     

量子顺电EuTiO_3材料基态磁性的第一性原理研究

EuTiO_3是钙钛矿结构的量子顺电体,实验发现其基态具有平面各向异性G类反铁磁结构,本文运用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了EuTiO_3处于量子顺电相和应力作用下处于铁电四方相时可能的自旋取向和自旋交换耦合作用,分析了自旋耦合作用的路径,探讨了应力对磁性交换路径的作用,结果发现:当体系自由时,EuTiO_3具有自旋沿[110]方向平面内单轴各向异性的G类反铁磁结构,该结构下Eu离子4f电子自旋通过处于面心位置的O 2p实现自旋反铁磁性的超交换耦合,而在外加应力诱导的铁电四方结构下,由于自旋交换路径中Eu—O—Eu键角改变,Eu 4f电子自旋实现了[110]方向的铁磁交换耦合。