【摘要】：應(yīng)變調(diào)控物質(zhì)的磁性是指具有鐵磁性、順磁性或反鐵磁性的一種材料或多種材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)生長在特定的基底上,在應(yīng)變的作用下,材料的磁性發(fā)生變化,該技術(shù)引起了人們極大的興趣,具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文中,我們首先以一種典型的壓電材料[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]0.7-(PbTiO3)0.3(簡寫為PMN-PT)為媒介,系統(tǒng)地研究了兩種異質(zhì)結(jié)中的應(yīng)變調(diào)控磁性行為及其物理機制。進而設(shè)計并構(gòu)筑了一種新型柔性自旋閥結(jié)構(gòu),并研究了應(yīng)變對其巨磁電阻效應(yīng)的調(diào)控行為。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)面內(nèi)電場調(diào)控La2/3Sr1/3Mn03(簡稱為LSMO)薄膜的磁性。采用磁控濺射和脈沖激光沉積法(Pulsed Laser Deposition,簡稱為PLD)在不同晶向的PMN-PT單晶基底上外延生長出了具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LSMO薄膜。利用電子束曝光、離子束刻蝕等微加工手段將薄膜制備成器件,在LSMO薄膜兩側(cè)施加均勻電場,由于PMN-PT具有壓電性質(zhì),LSMO薄膜受到PMN-PT應(yīng)變的影響。結(jié)果表明,LSMO薄膜的矯頑力、剩余磁化、居里溫度、各向異性磁電阻都會隨電場的變化而呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化,其中在PMN-PT(011)晶向上生長的LSMO薄膜的矯頑力變化幅度最大。本實驗的研究結(jié)果可以用Stoner-Wohlfarth模型(簡稱為S-W模型)和第一性原理計算結(jié)果來解釋。該結(jié)構(gòu)還可用于產(chǎn)生電控磁信號。(2)面內(nèi)電場調(diào)控L10-FePt薄膜的垂直磁各向異性。利用磁控濺射在極化的PMN-PT(001)單晶基片上在650℃制備了 L100-FePt薄膜。研究了薄膜厚度、退火溫度和不同頂層對薄膜磁性的影響。隨后,利用電子束曝光、離子束刻蝕等微加工手段將薄膜制備成器件,發(fā)現(xiàn)FePt薄膜的面外矯頑力隨著施加在基底上的面內(nèi)電場發(fā)生規(guī)律性的變化。當(dāng)電場從10 kV/cm變化到-10 kV/cm時,面外矯頑力的變化幅度可達21.3%,薄膜磁化方向也隨面內(nèi)電場而改變。此外,利用剩余磁化隨電場的改變還可產(chǎn)生一個W形狀的磁信號。(3)系統(tǒng)研究了應(yīng)變對頂釘扎柔性自旋閥的巨磁電阻值(giant magnetoresistance,簡稱為GMR)的調(diào)控。采用磁控濺射法在柔性聚對二甲苯酸乙二脂醇(polyethyleneterephthalate,簡稱為PET)基片上制備了頂釘扎的Pt/Co90Fe10/Cu/Co90Fe10/IrMn 的自旋閥(spin valve,簡稱為 SPV)。研究表明,當(dāng)非磁層Cu的厚度為5.5 nm時,自旋閥的GMR值最大。垂直于易軸的應(yīng)變可以同時調(diào)控自旋閥的自由層Co90Fe10和釘扎層Co90Fe10的磁性,從而導(dǎo)致自旋閥的GMR值在0.64%到2.08%間連續(xù)可調(diào),且重復(fù)施加500次應(yīng)變之后,不同彎曲角度下的GMR值均保持穩(wěn)定。本實驗現(xiàn)象可以用Stoner-Wohlfarth模型來解釋。此外,該自旋閥異質(zhì)結(jié)也可以用來產(chǎn)生矩形或鋸齒形波信號。
【圖文】：

２文獻綜述逡逑２．１鐵磁性的幾個基本概念逡逑圖２－１為鐵磁性材料的磁滯回線，其中ＡＢＣ為起始磁化曲線，ＣＤＥＦＧＨＣ逡逑為磁滯回線，磁滯回線有以下參數(shù)：Ｈｅ矯頑力，磁性材料完全飽和后再到完逡逑全退磁時所需要外磁場的大小，按照矯頑力的大小，我們可以把鐵磁材料分逡逑為硬磁材料和軟磁材料，硬磁材料磁滯回線寬闊、面積大，，矯頑力較大，有逡逑良好的信噪比，信號不易受雜散場干擾，一般用于磁記錄介質(zhì)中，軟磁材料逡逑磁滯回線狹窄、面積小，矯頑力較�。唬停鬄轱柡痛呕瘡姸�，外磁場足夠大的逡逑情況下，材料中的所有磁疇取向和外磁場相同，此時時單位體積（質(zhì)量）的逡逑總磁矩值稱為飽和磁化強度。Ｍｓ￥定于磁性材料的磁性原子數(shù)、原子磁矩等；逡逑Ｍｒ：剩余磁化強度，當(dāng)磁性材料達到磁化飽和后，去掉外磁場，在原磁化方逡逑向上保留的磁化強度稱為剩余磁化強度。取決于材料晶體構(gòu)型

當(dāng)ｃｐ邋＝邋０，邋７Ｔ時，由于沿著磁場的磁化強度為ＭｓＣＯＳ（ｐ，所以，我們求逡逑得的解會被畫在以ｍｈｖｓ邋ｈ的坐標(biāo)系中，ｍｈ＝ｃｏｓ＜ｐ，是磁化強度沿外磁場的分量，逡逑如圖２－２所示。實心紅色和藍色曲線分別代表方程３的兩個解，即穩(wěn)定的磁化逡逑方向，在外磁場為－１／２邋ＳｈＳ邋１／２時，兩條曲線出現(xiàn)互相重合的部分，這個重逡逑合的區(qū)域就是磁滯回線所在的區(qū)域。內(nèi)插圖為能量隨ｃｐ改變的曲線，紅色和逡逑藍色的星形代表系統(tǒng)能量最小時方程三的解，而垂直虛線與紅藍虛線的交點逡逑代表了系統(tǒng)能量最大值，也就是兩個能量最小平衡態(tài)之間勢壘。逡逑邐邐邐逡逑＾邋／邐Ｉ邋Ｎ逡逑Ｉ邐１邐邋．邐．．邐邐邐邐邐邋邐－ｉ邐逡逑－１邐－０邋５邐０／５邐ｌ７逡逑Ｈ．＇逡逑－１逡逑圖２－２邋ｍｈ邋ｖｓ邋ｈ坐標(biāo)系中，方程２－６的兩個解逡逑在一般的磁滯回線測試中，磁場會正向到負向，磁化強度會沿著藍線行逡逑進，當(dāng)ｈ＝０．５時，紅線開始出現(xiàn)，可是此時ｈ依然大于零，藍線代表的磁化方逡逑向因為靠近外磁場方向
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB30

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