锰氧化物/钛酸钡多层薄膜的光—磁—电耦合机制研究

Manganites/barium titanate multilayer film is one of the important systems in the multiferroic magnetoelectric composite films. There exists photoelectric and photomagnetic properties in the manganites which act as ferromagnetic layers. Here, light irradiation is introduced to the manganites/barium titanate multilayer films, and the coupling effects among light, magnetic and electrical fields are investigated. A series of multilayer films with precise microstructures will be prepared by controlling the materials doping and PLD parameters of the films. By changing the light intensity, photon energy and polarization state. The effects of light fields on magnetic domain structure and temperature-variable susceptibility will be investigated. At the same time, electric domain and the electric properties such as volt-ampere characteristic, electric polarization will be studied. Furthermore, the relationships between light parameters and magnetoelectric coupling properties, such as magneto-dielectric and magneto-electric polarization, will be investigated. The mechanism of light regulation on magnetoelectric behavior and the interaction between ferromagnetic and ferroelectric layers will be discussed. The nature of the coupling among light, magnetic and electric fields in manganites/barium titanate multilayer film is to be understood. These researches can generate new physical properties with light regulation in magnetoelectric composite multilayer films, and provide theoretical and experimental bases for developing new devices for photo-magnetic-electric conversion and multimode storage.

锰氧化物/钛酸钡多层薄膜是多铁性磁电复合薄膜中的重要体系之一。而作为铁磁层的锰氧化物材料本身具有丰富的光—电和光—磁响应特性。因此，本项目拟将光场作用于锰氧化物/钛酸钡系列磁电多层薄膜，研究该体系的光—磁—电耦合机理。通过控制靶材的掺杂和脉冲激光沉积条件，制备微观结构精确可控的锰氧化物/钛酸钡外延多层薄膜。改变光强、光子能量、偏振态等参数，探索光场对多层薄膜的变温磁化率和磁畴结构的影响规律；同时考察电流-电压、电极化等电学特性和电畴结构随光场的变化特征。在此基础上，进一步研究变温条件下多层薄膜的磁介电、磁致电极化变化等磁电耦合效应对光诱导参数的响应特征，探索光场对薄膜磁电特性的调控机制，阐明光诱导下的铁磁层和铁电层的相互作用，揭示锰氧化物/钛酸钡多层薄膜体系中光—磁—电耦合机理。本项目研究能够发现磁电复合薄膜的光调控物理特性，为设计新型的光磁电转换和多态存储器件提供实验和理论依据。

锰氧化物/钛酸钡多层薄膜是多铁性磁电复合薄膜中的重要体系之一。而作为铁磁层的锰氧化物材料本身具有丰富的光—电和光—磁响应特性。因此，本项目拟将光场作用于锰氧化物/钛酸钡系列磁电多层薄膜，研究该体系的光—磁—电耦合机理。主要研究内容及结果为：①搭建了可原位施加光场的开放式磁性测量系统。系统研究了系列磁电复合薄膜La1-xSrxMnO3/BaTiO3（LSMO/BTO）的磁学特性，以及在电场、光场作用下的磁学特性变化，发现了可见光波段的光诱导可以使得LSMO/BTO磁化曲线单侧的饱和磁化强度显著减小。②研究了LSMO/BTO 体系的光诱导效应。发现了可见光辐照引发的复合薄膜电极化增强。发现了光诱导电畴翻转现象，该现象与薄膜表面形貌紧密相关。③研究了LSMO/BTO体系的磁介电、磁致电极化变化等磁电耦合特性，以及光诱导下的铁磁层和铁电层的相互作用机理。研究发现，基于绝缘态LSMO的复合薄膜在低温下存在显著的磁致和光致电极化增强现象。而具有金属-绝缘体（MIT）转变的LSMO所构成的磁电复合薄膜，其磁电耦合效应最大值出现在MIT温度附近，但是光诱导最大值仍然出现在低温区域。这说明氧缺陷调控的LSMO层磁、电相态对BTO/LSMO体系的光-磁-电三者的耦合作用具有核心调控作用。本项目系统性的阐明了LSMO/BTO系列磁电复合薄膜的光-磁-电调控物理特性及其内在机制，为设计新型的光磁电传感和存储器件提供了实验和理论依据。. 项目研究共发表SCI索引论文23篇，其中项目负责人作为第一作者或者通讯作者论文8篇。项目负责人作为第三完成人获得陕西省科学技术二等奖1项。.