【摘要】：多鐵材料作為多重性能的復合材料,能夠滿足新型電子器件多功能化的要求,成為當今材料領域的研究熱點。在多鐵材料體系中,鐵磁材料和鐵電材料共存耦合所產生的磁電效應,其蘊含的耦合機制及可預期的應用前景,備受人們關注。在多鐵領域中,對磁電效應的探索工作大部分是通過給鐵電材料施加電場,研究電場對鐵磁材料磁性能的調控。而本論文從鐵磁材料的微觀結構出發(fā),旨在探究鐵磁薄膜/鐵電襯底異質結中,鐵磁薄膜的微觀結構、復雜各向異性來源等對磁電效應的影響。因此本論文首先制備了兩種磁致伸縮材料FeSiBC和CoFeB薄膜。隨后,利用傾斜濺射方式將上述材料沉積到壓電單晶PMN-PT襯底上,形成FeSiBC/PMN-PT及CoFeB/PMN-PT異質結,并對兩種異質結的電控磁性能進行詳細研究。具體內容簡述如下:1、FeSiBC磁致伸縮材料的制備。首先,利用直流磁控濺射手段,制備不同厚度的FeSiBC薄膜。發(fā)現當薄膜厚度超過臨界值以后,將出現面外磁化分量,導致薄膜的軟磁性能惡化。通過對厚膜插入非磁性Cu層,磁性CoFe層、CoCu層,可實現對多層膜(FeSiBC/Y)_n軟磁性能、磁致伸縮系數以及壓磁系數的調控。最終,通過對比,獲得了最佳多層膜(FeSiBC/Cu)_n的性能參數為:H_c~1.5 Oe,M_r/M_s=95%,H_k~16 Oe。2、CoFeB軟磁材料的研究。鑒于FeSiBC材料在高頻方面表現不佳,本論文還研究了CoFeB薄膜的制備工藝條件及傾斜濺射CoFeB薄膜。在傾斜濺射過程中發(fā)現,當傾斜濺射角度(15°)較小時,通過基片自轉,CoFeB薄膜的磁譜會出現雙共振峰現象。然而,提高傾斜角度至45°到55°的范圍以后,薄膜的M-H曲線和MOKE曲線均表現為蜂腰狀。這兩種磁致伸縮材料的成功研制,為后續(xù)制備鐵磁薄膜/鐵電襯底異質結奠定了良好的基礎。3、FeSiBC/PMN-PT異質結的磁電性能。首先,探究了該異質結中巨單軸各向異性的來源,并確定了PMN-PT表面鐵電疇結構可以傳遞到磁性薄膜中,從而誘導出各向異性。同時研究了FeSiBC(傾斜濺射)/PMN-PT和FeSiBC(傾斜濺射+誘導磁場)/PMN-PT異質結M_r/M_s-E曲線分別呈現出loop-like和butterfly-like形狀的內在原因。利用AFM、SEM形貌表征以及快速傅里葉變換分析,得出傾斜濺射的FeSiBC薄膜中,界面結構形成了釘扎點和能量勢壘。從而影響了PMN-PT表面層極化矢量的翻轉。相反,在FeSiBC(傾斜濺射+誘導磁場)/PMN-PT異質結中,由于外加磁場的引入,使得FeSiBC和PMN-PT界面變得平坦,PMN-PT表面層的極化矢量翻轉變得更加容易,因此出現了與PMN-PT襯底應力-電場曲線類似的butterfly-like的M_r/M_s-E曲線。這一實驗現象的研究為電控磁化矢量的翻轉提供了新的思路。4、CoFeB/PMN-PT異質結的磁電性能。首先對CoFeB/[100]PMN-PT和CoFeB/[011]PMN-PT異質結的靜態(tài)磁性能進行對比,證實了鐵電疇更豐富的[011]PMN-PT襯底對磁性薄膜的磁性能影響更大。進一步,研究了CoFeB(150 nm,15°傾斜濺射)/PMN-PT異質結的磁電性能,得出其磁化矢量在電場的作用下,可以實現90°翻轉,M_r/M_s值的可調范圍達到75%。而CoFeB(350 nm,51°傾斜濺射)/PMN-PT異質結在[100]方向M_r/M_s-E曲線的可調范圍僅為35%,且在[01-1]方向的Mr/Ms值基本不變。證明薄膜厚度小,傾斜角度適合的情況下才可以獲得更好的磁電效應。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33
【圖文】：

第一章 緒論面[36]。在單相磁電材料(如 Cr2O3)中很早就被發(fā)現，但由室溫，加上只有在較低的溫度下，單相材料才表合系數過弱，因此很難制備出有實際價值的相應器復合材料的不斷探索和研究。事實上，早在 1948料的概念[37]，隨后 vanSuchtelen在 1972 年提出的6]。同時，van den Boomgard 等人在 BaTiO3/CoFe28]。磁電復合材料，主要是利用鐵電材料的壓電效并基于復合材料界面處的力學傳動，使得磁電耦磁電耦合系數高出了近百倍，從而達到實際應用的藝較為復雜，且磁電材料在當時仍沒有廣泛的應也隨之沉寂了 20 多年。

第一章 緒論1.3 磁電材料及磁電效應1.3.1 磁電材料的種類磁電材料根據磁電效應的來源可分為：單相磁電材料和復合磁電材料。其中，由于單相磁電材料居里溫度過低，磁電耦合系數太弱 ，離實用化距離相差太遠。而磁電復合材料在室溫下具有技術上可行的磁電響應，因而近幾十年來不同體系的磁電復合材料被廣泛研究。本小節(jié)將主要集中介紹磁電復合材料的分類。

第一章 緒論電場時，鐵磁金屬內部的自由電子會移動到鐵磁金屬表面，以此屏蔽外部電場且，如圖 1-3 所示，由于屏蔽的自由電子，其自旋取向存在自發(fā)極化，即自旋態(tài)和自旋向下態(tài)的占據數不同，因此屏蔽電子在鐵磁金屬表面的積累就會導磁金屬表面磁性的變化，從而產生耦合作用，這種只發(fā)生在表面的磁電效應為表面磁電效應。

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本文編號：2763238