【摘 要】
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通过对薄膜器件施加电压,利用电场效应对材料的磁学、光学、电学等性质进行可逆调控,对提高材料功能性,开发新型电子器件具有重要意义。在电场调控金属薄膜性能的过程中,由于高浓度载流子对电场产生的库仑屏蔽效应,使得电场诱导离子迁移成为电调控金属薄膜性质最有效的方法之一。人们在储氢金属的研究中发现,许多金属不仅具有良好的储氢性能,并且吸收氢气后,其磁学、光学或电学性质还会发生相应的变化,这为电场诱导H+迁移
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通过对薄膜器件施加电压,利用电场效应对材料的磁学、光学、电学等性质进行可逆调控,对提高材料功能性,开发新型电子器件具有重要意义。在电场调控金属薄膜性能的过程中,由于高浓度载流子对电场产生的库仑屏蔽效应,使得电场诱导离子迁移成为电调控金属薄膜性质最有效的方法之一。人们在储氢金属的研究中发现,许多金属不仅具有良好的储氢性能,并且吸收氢气后,其磁学、光学或电学性质还会发生相应的变化,这为电场诱导H+迁移调控金属薄膜性质提供了基础。由于H+具有离子半径小,扩散系数高的优势,有望替代O2-、Li+等常用离子,成为电场诱导离子迁移调控材料性质的新手段。利用外加电场诱导H+迁移的方法能够安全、快速、可逆地调控金属薄膜物性,对金属薄膜损伤小,同时避免了高压氢气的使用。本论文从电场诱导H+迁移的调控方法出发,以亚铁磁性的稀土-过渡金属合金GdxFe100-x薄膜与储氢金属Mg薄膜为研究对象,采用离子液体和GdOx作为电解质,设计了不同的器件结构,实现了对GdxFe100-x薄膜磁性及Mg薄膜光学性能的调控,并探讨了对器件性能的影响因素,主要内容概括如下:（1）利用磁控溅射镀膜技术制备了不同化学计量比的非晶态GdxFe100-x薄膜,利用电子探针技术表征了薄膜成分。通过对薄膜磁学性质的表征,发现当Gd的摩尔占比在21.2%～27.6%之间时,薄膜具有垂直各向异性;当Gd的摩尔占比处于25%～26.2%之间时,GdxFe100-x薄膜出现室温补偿点。随着GdxFe100-x薄膜成分向室温补偿点成分靠近,其矫顽力变大,饱和磁化强度变小,磁畴翻转由多成核点产生磁化翻转的模式转变为畴壁位移的模式。（2）分别以DEME-TFSI离子液和GdOx作为电解质,制备了基于GdxFe100-x薄膜的面内栅极Hall bar器件和全固态多层膜器件。利用外加电场电解电解质中的吸附水获得H+,通过驱动H+在GdxFe100-x薄膜中的嵌入/脱出,实现了对GdxFe100-x薄膜饱和磁化强度、矫顽力、磁畴等磁性质的快速调控,并在GdxFe100-x固态多层膜器件中实现了磁化方向的180°可逆翻转。（3）利用磁控溅射技术,成功制备了结晶性良好的Mg薄膜,然后分别以Pd和Au为顶电极,制备了 Ta/Mg/Pd/GdOx/Pd和Ta/Mg/Pd/GdOx/Au结构的多层膜器件。通过对器件施加外电场产生H+并诱导在Mg薄膜中的嵌入/脱出,实现了对Mg薄膜透射率的调控。我们证明了不同顶电极会导致不同的调控效果,相较于Au电极,以Pd为顶电极的器件能实现对Mg薄膜透光性的可逆调控,对透射率的调控范围超过10%。
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