多铁性BiFeO3基异质结薄膜的制备及电控磁效应的研究

. The electric-field control of magnetization for multiferroic materials has many potential applications in magnetic memory storage, sensors and spintronics. One of the most challenging direction in multiferroic research is investigation on the RT electric-field control of magnatism and the magnetoelectric coupling mechanism of the multiferroic heterojunctions. Considering ferroelectric polarization would change the interface charge and local charge around the vacancy defects, pulsed laser deposition is presented to deposite d0 magnetic oxide thin film on BiFeO3(001) substrate in this project, the effect of ferroelectric polarization on the magnetic properties including magnetic anisotropy, exchange bias and magnetic coupling of the are systematicly investigated by tuning the interface vacancies. The effect of domain,domain wall and defects on the coupling mechanism are deeply studied to uncover the mechanism of interface magnetoelectric coupling and electric-field control of magnetism, which is helpful for tuning the electric-field control of magnatism at room temperature and establishing important basis for the mechanism and use of the electric-field control of magnatism.

多铁性材料的电控磁效应在新型磁存储器件、磁传感器和自旋电子学等领域有着广阔的应用前景，而单相多铁性材料中铁电和铁磁序参量间的直接耦合通常表现出极微弱的磁电效应，对复合多铁性异质结薄膜室温下的磁电效应及其界面耦合机理的研究是当前多铁性领域面临的最具机遇也是最大挑战方向之一。基于d0磁性氧化物的缺陷诱导铁磁机制及铁电极化影响异质结界面电荷及空位附近局域电子排布等特性，本项目采用脉冲激光沉积法，在铁酸铋单晶片上制备出铁酸铋/d0磁性氧化物复合异质结薄膜，通过调控界面空位缺陷研究铁电极化对异质结磁性能包括磁各向异性、交换偏置及材料整体的磁有序状态的影响，深入研究畴、畴壁和缺陷在异质结体系磁电耦合机制中的作用及其影响规律，揭示该异质结体系的界面磁电耦合及电控磁效应机理，从而有助于实现对室温电控磁效应的有效调控和增强，为电控磁机制的理论发展和实际应用奠定重要的基础。

电控磁效应在新型磁存储器件、磁传感器和自旋电子学等领域有着广阔的应用前景，而单相多铁性材料中铁电和铁磁序参量间的直接耦合通常表现出极微弱的磁电效应，对复合多铁性异质结薄膜室温下的磁电效应及其界面耦合机理的研究是当前多铁性领域面临的最具机遇也是最大挑战方向之一。申请人及团队围绕计划书中的研究内容，开展了一系列的研究，基本实现了研究目标：（1）利用脉冲激光沉积法通过优化制备工艺和热处理工艺获得了d0铁磁性氧化物/铁电异质结薄膜，通过调控界面空位缺陷，研究了磁性能的变化规律，揭示了氧空位缺陷在缺陷铁磁机制中扮演的关键作用；（2）在一系列铁电/铁磁异质结薄膜中系统地研究了电场的变化对磁性能和磁翻转过程的影响，实现了室温下电场对磁性能的有效调控。在CoPt/PMN-PT异质结薄膜中，在研究电控磁效应中发现当施加电场从正向到反向的过程中，达到反向临界电场时样品的矫顽力出现突然增大，并且在电场撤掉后矫顽力可以保持不变。在该异质结薄膜体系中成功实现了电场诱导两种不同的矫顽力态来进行写入数据，并且表现出室温非易失性行为。在具有垂直各向异性的CoPd/PMN-PT异质结薄膜中，通过研究无电场与施加电场对磁性能的影响作用，发现样品的磁各向异性具有显著变化，即实现了对矫顽力的调控，利用此效应，研究发现在一定范围的辅助磁场的作用下，可以有效实现了电控磁翻转效应。（3）在实现电场对铁电/铁磁异质结薄膜的磁性能调控基础上，分析了铁电极化对界面缺陷以及反向畴形核、畴壁的运动和钉扎在电控磁翻转过程中的影响机制，进而实现了对室温电控磁效应的有效调控和增强。本项目开展的工作为电控磁机制的理论发展奠定了重要的基础，促进了多功能低功耗存储器件的发展。