磁性氧化物薄膜中电致电阻和电控磁效应研究

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近年来,随着科学技术的快速发展,人们对信息存储技术的要求越来越高。寻找到一种具有高存储密度、高读写速度、非易失性和低能耗的新型信息存储器是当前信息存储技术研究的目标。其中,用电场替代磁场或电流来控制磁性以实现信息的高速度、低功耗写入是至关重要的。为了实现这一目标,多铁性材料中的磁电耦合效应提供了一种可行性的方法。然而随着多铁性材料中电控磁研究的深入,一些存在的问题逐渐暴露出来,比如存储数据的易失性问题,制备工艺与传统CMOS工艺不兼容的问题。这些问题严重阻碍了电控磁效应在信息存储器件中的应用。因此,寻找到新的材料或者新的物理机制来实现室温下的与CMOS制备工艺兼容的非易失性电控磁效应是当前研究的重点。  多重态电致电阻效应在高密度信息存储器中有重要应用,近年来被广泛的关注。目前,在很多材料中都发现了多重态电致电阻效应,但在这些材料中多重态电阻响应都很不稳定,这严重制约了其实际应用。因此,研究多重态电致电阻效应机制以及寻找到具有高性能的多重态电致电阻器件材料已成为当前重要的研究课题之一。  本论文针对上述问题展开了研究,主要包括两个方面的内容:一部分是磁性氧化物中基于电致电阻效应的电控磁效应研究;一部分是钙钛矿锰氧化物La2/3Ba1/3MnO3中的多重态电致电阻效应研究。具体内容如下:  1.Au/NiO/Pt器件中电致电阻效应对其磁性的调控研究  采用脉冲激光沉积技术制备了Au/NiO/Pt器件,器件具有良好的单极性电致电阻性能。利用SQUID测量了阻变前后器件的磁性变化。实验结果表明,器件在不同电阻态下具有不同的饱和磁矩,且在低阻态下的饱和磁矩比在高阻态时的饱和磁矩大。经过多次测量发现,器件的饱和磁矩随高低电阻态变化呈现出稳定的响应,且这种饱和磁矩的改变是非易失且是可逆的。通过分析发现其机制来源于电致电阻过程中金属Ni导电丝的生成与熔断。  2.Au/La2/3Ba1/3MnO3/Pt器件中的电致电阻效应和对其磁性的调控研究  利用脉冲激光沉积在(111)取向的Pt/Ti/SiO2/Si硅基衬底上制备了La2/3Ba1/3MnO3薄膜器件。器件具有优异的双极性电致电阻性能。利用SQUID测量了电致电阻效应对Au/La2/3Ba1/3MnOJPt器件磁性的影响。实验结果显示,在阻变前后,Au/ La2/3Ba1/3MnO3/Pt器件的饱和磁矩发生了明显变化。器件处于低阻态时的饱和磁矩明显高于器件处在高阻态时的饱和磁矩。且器件的饱和磁矩随高低电阻态呈现稳定的响应,与其他基于多铁材料的磁电耦合效应不同,我们得到的这种磁性变化具有非易失性。进一步分析发现其机制来源于电场作用下氧离子迁移导致的-Mn3+-O2--Mn4+-导电链的修复与断裂。  3.Au/La2/3Ba1/3MnO3/Pt器件中多重态电致电阻效应研究  利用脉冲激光沉积在(111)取向的Pt/Ti/SiO2/Si硅基衬底上制备了La2/3Ba1/3MnO3薄膜,并利用自己搭建的电致电阻测试系统对其电致电阻效应进行了测量。实验结果显示,Au/La2/3Ba1/3MnO3/Pt器件表现出由Reset电压调制的多重态电致电阻效应。在超过3500次重复读写过程中,器件表现出稳定的多重态电阻响应,具有优异的多重态电致电阻性能。该效应的物理机制来源于电场作用下的氧离子或氧空位迁移所导致的-Mn3+-O2--Mn4+-链的修复与断裂。  4.Au/CoFe2O4/Pt器件中的电致电阻效应和对其磁性的调控研究  利用脉冲激光沉积在(111)取向的Pt/Ti/SiO2/Si硅基衬底上制备了CoFe2O4薄膜器件。器件具有优异的单极性电致电阻性能。利用原子力显微镜(AFM)和磁力显微镜(MFM)原位的从微观上观测了薄膜阻变前后磁畴的变化情况。实验结果表明,阻变前后,CoFe2O4薄膜的磁畴有明显的变化,给出了利用电致电阻效应实现电场调控磁性的直接证据。
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