多鐵性材料因其巨大的應(yīng)用潛力受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,信息化的發(fā)展又使得多鐵性異質(zhì)結(jié)成為了重點(diǎn)研究對(duì)象。對(duì)多鐵性異質(zhì)結(jié)進(jìn)行研究的目的是利用磁電耦合效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)對(duì)異質(zhì)結(jié)磁性能的調(diào)控。電荷耦合效應(yīng)因其在低能耗、高密度、多功能微型存儲(chǔ)器件中的巨大應(yīng)用潛力而受到廣泛關(guān)注。由于界面互相作用以及電荷耦合效應(yīng)影響因素的復(fù)雜性,界面電荷耦合調(diào)控多鐵性異質(zhì)結(jié)磁性能的物理機(jī)制尚不明確。本論文對(duì)電荷耦合效應(yīng)調(diào)控多鐵性異質(zhì)結(jié)磁性能的耦合機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究,以期為磁電材料的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。首先,盡管研究者們對(duì)Fe_3O_4的Verwey相轉(zhuǎn)變進(jìn)行了持續(xù)半個(gè)多世紀(jì)的廣泛研究,但Verwey相轉(zhuǎn)變的內(nèi)在機(jī)制仍然存在很大的爭(zhēng)論,需要繼續(xù)深入研究。本文研究了50K-150K范圍內(nèi)由電場(chǎng)反轉(zhuǎn)調(diào)控Fe_3O_4/SrTiO_3多鐵性異質(zhì)結(jié)磁性能,發(fā)現(xiàn)電荷耦合效應(yīng)不僅可以調(diào)控Fe_3O_4磁性能并且引起了Fe_3O_4的Verwey相轉(zhuǎn)變溫度偏移了13K。本文分別提出了兩個(gè)模型來(lái)解釋電荷耦合效應(yīng)對(duì)Fe_3O_4磁性能以及Verwey相轉(zhuǎn)變溫度的調(diào)控,證明了相變機(jī)制的存在,初步揭開了Fe_3O_4Verwey相轉(zhuǎn)變之謎。本文研究了不同溫度下電場(chǎng)反轉(zhuǎn)調(diào)制Fe/SrTiO_3多鐵性異質(zhì)結(jié)磁性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)位于界面處的SrTiO_3層處于電子聚集態(tài)時(shí)Fe層的磁性能較高,而SrTiO_3層處于電子耗散態(tài)時(shí)Fe層的磁性能較低,本文提出了一個(gè)電場(chǎng)翻轉(zhuǎn)造成的Fe層自旋態(tài)電子密度變化的定性模型來(lái)解釋這種現(xiàn)象。同時(shí),本文還發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高,由電場(chǎng)反轉(zhuǎn)而獲得的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)與磁化強(qiáng)度的變化逐漸降低,當(dāng)溫度升至室溫時(shí),電場(chǎng)反轉(zhuǎn)對(duì)異質(zhì)結(jié)磁性能的調(diào)控效果幾乎為零,此現(xiàn)象可歸因于溫度升高造成的SrTiO_3介電層介電常數(shù)降低以及自旋電子運(yùn)動(dòng)的無(wú)序化。最后,本文研究了室溫下電場(chǎng)調(diào)控Fe_3O_4/BaTiO_3多鐵性異質(zhì)結(jié)磁性能,獲得了0.72 Oe?cm/kV的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù),實(shí)驗(yàn)證明了電荷耦合效應(yīng)中鍵長(zhǎng)機(jī)制的存在。Fe_3O_4/BaTiO_3多鐵性異質(zhì)結(jié)飽和磁化強(qiáng)度的變化正比于BaTiO_3層的c軸電致伸縮,此現(xiàn)象可歸因于BaTiO_3層極化反轉(zhuǎn)引起的界面原子位移,從而影響界面Fe-Ti鍵長(zhǎng)和界面原子之間的軌道雜化。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

單相材料中研究者們也發(fā)現(xiàn)了較弱的磁電耦合效應(yīng)，但由于溫度低，同時(shí)受限于當(dāng)時(shí)的表征手段，單相多鐵性材料的研由于 RMnO3[7,8]、RMn2O5[9]類稀土錳氧化物與 BiFeO3[10]材料單相多鐵性材料才重新成為新的研究熱點(diǎn)。然而對(duì)于目前已是普遍存在居里溫度過(guò)低、磁電耦合系數(shù)太弱、離實(shí)用化相了多鐵性材料制備的新道路——復(fù)合多鐵性材料的出現(xiàn)。19合多鐵性材料的想法，但受限于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，直到 1974了 BaTiO3(BTO)-CoFe2O4(CFO)鐵電/鐵磁復(fù)合多鐵性材料，普通單相多鐵性材料大近兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并且已經(jīng)可以滿足實(shí)料的磁電耦合系數(shù)相對(duì)于單相多鐵性材料有極大的提升，并量的關(guān)注。但是由于當(dāng)時(shí)制備復(fù)合材料的工藝比較復(fù)雜，同被大眾所發(fā)現(xiàn)，隨之而來(lái)的就是這方面的研究與探索沉寂了對(duì)磁電耦合效應(yīng)的研究逐漸多了起來(lái)。尤其是 21 世紀(jì)初，磁]，如圖 1.1 所示，有關(guān)多鐵性材料和磁電耦合效應(yīng)研究的文美國(guó) Science 雜志列為 2008 年最值得研究者關(guān)注的七大研究

足信息時(shí)代對(duì)信息器件多功能化和智能化的要求�，F(xiàn)今，隨著薄膜制備技術(shù)的包括高質(zhì)量單晶和薄膜制備手段如脈沖激光沉積、分子束外延、原子層沉積等膜復(fù)合材料相對(duì)于塊體磁電復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、有效降低功耗、便于投發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，磁電復(fù)合薄膜成為了更適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的熱點(diǎn)材料[14-16]。鐵性材料從組成上來(lái)看可以分為單相多鐵性材料和復(fù)合多鐵性材料。根據(jù)晶體相多鐵性材料主要分為以下幾類：鎢錳鐵礦晶格結(jié)構(gòu) MnWO4化合物、六方型稀土錳氧化物、方硼石結(jié)構(gòu) M3B7O13X 化合物、鈣鈦礦結(jié)構(gòu) ABO3型化合物型的單相多鐵性材料因結(jié)構(gòu)性能的差異表現(xiàn)出不同強(qiáng)度的磁電耦合效應(yīng)，但不絕大多數(shù)這些材料的磁電耦合效應(yīng)只有在低溫或強(qiáng)磁場(chǎng)等這類極端環(huán)境下才能鍵的是其耦合效應(yīng)都較弱，這對(duì)大范圍研究和應(yīng)用都有不小的挑戰(zhàn)。鑒于這些新型結(jié)構(gòu)的多鐵性材料以及對(duì)多鐵性材料的改進(jìn)將是未來(lái)的研究目標(biāo)與方向[17,合多鐵性材料與單相多鐵性材料相比，最大的優(yōu)勢(shì)是可以選用不同的材料使得，因而可以通過(guò)人為的方式設(shè)計(jì)此類復(fù)合多鐵性材料，有了更多的可能性，使好的磁電耦合并能適應(yīng)大多數(shù)環(huán)境。復(fù)合多鐵性材料根據(jù)材料的組成結(jié)構(gòu)不同，可分為三種類型：0-3 型顆粒復(fù)合、1-3 型納米柱狀復(fù)合、2-2 型層狀復(fù)合這三種

5圖 1.4 (a)磁電復(fù)合材料的四態(tài)存儲(chǔ)器單元原型, (b)四態(tài)存儲(chǔ)器的輸出結(jié)果及四態(tài)的變化關(guān)系.[29]1.3.2 多鐵性材料在新型電寫/磁讀存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用目前已經(jīng)被大量使用的磁隨機(jī)存儲(chǔ)器（MARM）的存儲(chǔ)模式是磁場(chǎng)寫入電場(chǎng)讀取，存儲(chǔ)時(shí)需要大體積的磁場(chǎng)附件以及比較大的電流來(lái)產(chǎn)生寫入磁場(chǎng)，導(dǎo)致這種寫入方式存在能量耗費(fèi)巨大、產(chǎn)熱較多以及寫入信息會(huì)互相干擾等缺點(diǎn)。與 MARM 存儲(chǔ)器相比，電寫/磁讀存儲(chǔ)器擁有
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2853174