磁性、铁电多层膜的交换耦合、磁电耦合及其输运性质研究

The oxide and metal films are grown by pulsed laser deposition (PLD)and magnetro-sputtering respectively, and the tunnelling junctions are prepared by photolithography and Ion milling. Magnetic and magnetotransport properties were characterized by superconducting quantum interference device (SQUID) and physical property measurement system (PPMS).Dynamic magnetic domain of the Ferromagnetic(FM)/Antiferromagnetic(AFM)/Ferromagnetic(FM) trilayers are observed at different temperatures and field by magnetic force microscope. In the mean while, the effect of different layer structure and magnetic distribution of interface on interlayer and interface coupling and magnetic transort perperties are investigated with aid of surface magnetooptic Kerr effect on the trilayers. To realize electric control of magnetism, the effect of different ferromagnetic and ferroeclectric layers on magnetoelectric effects is investgated in FM/ferroelectric(FE) bilayers and FM/FE/FM trilayers. The effects of electrode of ferromagnetic layers, changes in spacelayer and microstractures on the tunneling magnetoresistance (TMR) and electroresistance (TER) effect are investigated in FM/FE/FM trilayers. The magnetic transport properties, coupling between ferromagnetic and ferroelectric materials and interrelated magnetic and electric trnsport properties with the tunneling junctions will be given in FM/FE/FM trilayers. Scientific basis is offered to make the essence of magnetoelectric coupling and directions will be given in application of this materials.

采用磁控溅射和脉冲激光沉积技术分别生长氧化物和金属薄膜，采用光刻技术和离子刻蚀技术制备隧道结，通过超导量子干涉仪(SQUID)和物性测量系统(PPMS)研究样品的磁电性能。在不同温度和磁场下用磁力显微镜观察铁磁/反铁磁/铁磁三层膜动态磁畴，同时借助于磁光科尔测量设备研究不同层的结构、界面磁矩分布等对三层膜的层间和界面耦合及磁输运的影响。研究铁磁/铁电双层和铁磁/铁电/铁磁三层膜体系中不同铁磁层和铁电层对磁电耦合效应的影响，实现用电控制磁。研究铁磁/铁电/铁磁隧道结体系中铁磁层电极和中间层的变化以及微观结构对隧道磁电阻TMR和电致电阻TER性能的影响。通过实验观察和理论分析，总结铁磁/铁电/铁磁三层膜体系中磁输运性能和铁磁/铁电材料之间的耦合性能以及隧道结中相关的磁电输运性能的特点，为进一步认清磁电耦合的本质提供的科学依据；同时也为该材料在实际中进一步的应用提供有效指导。

采用磁控溅射和脉冲激光沉积技术分别生长氧化物和金属薄膜，采用光刻技术和离子刻蚀技术制备隧道结，通过超导量子干涉仪(SQUID)和物性测量系统(PPMS)研究样品的磁电性能。在不同温度和磁场下用磁力显微镜观察铁磁/反铁磁/铁磁三层膜动态磁畴，同时借助于磁光科尔测量设备研究不同层的结构、界面磁矩分布等对三层膜的层间和界面耦合及磁输运的影响。研究铁磁/铁电双层和铁磁/铁电/铁磁三层膜体系中不同铁磁层和铁电层对磁电耦合效应的影响。在正交结构的ScMnO3中除了正常反铁磁有序转变温度出现在47K，一个反常的磁转变出现在27K和36K分别对应于60nm和150nm厚度的薄膜。，我们发现名义上的反铁磁却在10K出现了明显的铁磁信号。我们提出第二相的磁转变可能由于晶格应力或者是磁特性诱导的铁电极化，而低温铁磁特性来源于类纳米孪晶相的畴结构。当对超结构SrMnO2.5薄膜进行后续高氧压退火，发生了由氧空位有序超结构向氧空位无序钙钛矿结构SrMnO3-δ的转变，薄膜出现了顶部为氧空位无序的钙钛矿结构底部仍然维持了氧空位有序超结构。对超结构SrMnO2.5的磁特性和Mn离子价态研究表明：应力状态下四方钙钛矿结构的SrMnO3-δ 薄膜呈现了铁磁行为，居里温度为75K以及在2KMn离子呈现了 2.5μB的饱和磁化强度。此外，在混合结构中顶部的钙钛矿SrMnO3-δ 相也呈现了铁磁行为。我们提出在SrMnO3-δ 中铁磁行为来源于Mn3+-Mn4+双交换相互作用。通过实验观察和理论分析，总结铁磁/铁电/铁磁三层膜体系中磁输运性能和铁磁/铁电材料之间的耦合性能以及隧道结中相关的磁电输运性能的特点，为进一步认清磁电耦合的本质提供的科学依据；同时也为该材料在实际中进一步的应用提供有效指导。