FeGa/PMN-PT薄膜的外延生长及其电场对磁性的调控研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:calmisen
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非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗和设备小型化是未来磁存储器的主要发展趋势。磁信息写入过程中,由于电流密度必须大于临界电流密度才能达到目标,这将导致能源消耗显著增加。相比之下,通过电场控制磁性,不仅可以显著降低焦耳热,而且可实现低功耗及高密度数据存储。如今,电控磁研究主要集中在结合了铁电、铁磁、铁弹性和磁电耦合效应的复合多铁异质结构中。作为磁电耦合机制之一的应变介导机制,由于在室温下特别方便、有效,近年来受到广泛关注。到目前为止,外延铁磁薄膜的电控磁研究相对较少。我们选择较大磁致伸缩系数的Fe81Ga19作为铁磁层和较大压电系数的Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3作为铁电衬底。论文中,首先利用磁控溅射系统在Mg O(001)衬底上制备Fe Ga薄膜,X射线衍射表明:Fe Ga在Mg O(001)衬底上的外延关系为:Fe Ga(001)<110>//Mg O(001)<100>。利用横向和纵向磁光克尔系统,观察到一步和两步磁滞回线。根据磁单畴的Stoner-Wohlfarth模型,磁化畴转场随角度的依赖关系被很好的拟合。基于外延Fe Ga薄膜的磁性研究,利用磁控溅射系统在PMN-PT(001)衬底上制备Fe Ga薄膜,改变沉积过程中的生长温度。然而,由于PMN-PT的赝立方晶格固有的微小形变,在PMN-PT(001)上很难实现Fe Ga的轴向生长。最后我们选择在Fe Ga和PMN-PT之间插入不同厚度的Mg O缓冲层进行Fe Ga薄膜外延工艺探索。通过比较不同厚度Mg O缓冲层样品的X射线衍射谱,发现除了1 nm Mg O缓冲层的薄膜样品,其它Mg O缓冲层厚度的薄膜样品均呈现出明显的Fe Ga(002)峰。X射线衍射和高分辨透射电子显微镜表明:Fe Ga在PMN-PT(001)衬底上的外延关系为:Fe Ga(001)<110>//Mg O(001)<100>//PMN-PT(001)<100>。利用横向和纵向磁光克尔系统,磁滞回线也表现为一步和两步回线。根据磁单畴的Stoner-Wohlfarth模型,磁化畴转场随角度的依赖关系也被很好的拟合,并通过铁磁共振进一步确认了样品的磁各向异性结构。基于样品面内四重对称性的晶体结构和磁性结构,我们通过电场调控对样品的磁性进行研究。与原始状态相比,电场作用下的磁滞回线表现为一步回线向三步回线以及两步回线向三步回线的转变,表明磁化翻转路径发生了改变。当撤掉电场之后,残余应力的存在使得薄膜磁性改变,从而实现了磁性的非易失性调控。通过正负电场对PMN-PT(001)铁电畴的畴转研究,发现109°铁电畴转对Fe Ga薄膜的磁性调控起着至关重要的作用。基于电场作用下的两种磁各向异性模型,正向和负向电场作用下的磁化畴转场随角度的依赖关系均被很好的拟合。并对正负极化后的样品进行铁磁共振测试,两种磁各向异性模型被进一步确认。结果表明,不同电场下单轴各向异性的改变表明应变介导机制处于主导地位。
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