多铁性六角RMnO3低维纳米结构的制备及其物性研究

Multiferroic materials exhibit appealing coupling properties, thereby opening new possibilities for development of multifunctional electronic devices. Therefore, searching multiferroic materials with large magnetization intensity, ferroelectric polarization intensity and magnetoelectric coupling at room temperature is still the key issue. Hexagonal RMnO3 materials play an important role in the single-phase multiferroic materials, since the novel property shows the potential of researching and application. However, most of the work now was focused on the bulk RMnO3 materials. This was due to the limitation of low dimension structure growth technique, which was unfavourable to the materials application development demanding microminiaturization and integration. Moreover, it was an interesting question that whether the novel behavior of RMnO3 could be optimized or modulated under stress in low dimension. Therefore, on the basis of the sensitivity of stress from hexagonal RMnO3, growing the low dimension nanostructure such as monolayer film, heterostructure, hunting the novel properties and new physics, and trying manipulation and device development was proposed in this proposal.

多铁性材料因为其独特的耦合特性，为发展新型的多功能电子器件提供了可能。因此探寻室温下具有大的磁化强度、极化强度以及磁电耦合效应的多铁性材料一直是研究工作的重点。六角RMnO3材料在单相多铁性材料中占据着非常重要的地位，其特有的新奇物性，预示着该材料在物性研究和应用上的潜力。然而当前，RMnO3材料的研究绝大部分集中在块体，主要原因是低维结构生长技术很不成熟，这对于材料往应用方向发展要求的可微型、可集成是非常不利的。此外，RMnO3材料的新奇特性在低维受应力情况下能否优化或者调制，是一个很有意思的问题。本项目拟提出利用六角RMnO3材料对应力的敏感性，生长低维纳米结构如单层薄膜、复合结构等，着力研究物性特征及其物理机制，并尝试在此基础上的物性调控和器件开发。

多铁性材料因为其独特的耦合特性，为发展新型的多功能电子器件提供了可能。因此探寻室温下具有大的磁化强度、极化强度以及磁电耦合效应的多铁性材料一直是研究工作的重点。RMnO3材料在单相多铁性材料中占据着非常重要的地位，其特有的新奇物性，预示着该材料在物性研究和应用上的潜力。. 本项目主要进行多铁RMnO3材料的物性调控，并尝试薄膜结构的可控性生长，和基于多铁RMnO3材料的器件设计。相关研究分为两部分，块体材料的研究从自身的微观特性出发，利用电场或者磁场作用，着力解决磁电耦合现象的机理问题。薄膜材料的研究着力于利用薄膜生长动力学的原理，得到单一取向的薄膜样品，进而开展薄膜体系的物性研究。需要说明的是，利用国外交流机会，还拓展了部分研究。. 在本项目资助下，我们取得如下一些重要结果：（1）在YMnO3-金属的多铁复合异质结构中，研究电场对肖特基势垒的调制效应，最终确认YMnO3-金属界面的空穴浓度变化是导致该结构中产生电致电阻现象的机制，该工作对于开发基于六角RMnO3材料纳米器件具有重要的参考意义。（2）在单晶多铁材料TbMnO3中，研究极化电磁场、温度对磁矩的调控行为。我们认为效应起源于极化电场、极化磁场破坏Tb3+的ab平面对称，出现了c方向的净磁矩。该工作对理解TbMnO3材料的磁结构、磁电耦合机制及其向应用领域的发展都具有重要意义。（3）通过控制薄膜生长晶格失配大小，实现具有巨大磁各向异性系数的Heusler合金Mn3Ge薄膜的外延生长。该研究的创新点是利用了Fe层作为种子层，得到了厚的具有强垂直各向异性的Mn3Ge薄膜，为STT技术寻找到了合适的候选材料。（4）系统学习研究具有优异的磁致伸缩系数、压磁系数、软磁特性和磁损系数的Co-Fe-C合金。有利于促进Co-Fe-C合金薄膜在自旋电子学领域的应用，催生新一代的更快、更节能的电子元件。