NiFe/PIN-PMN-PT多铁异质结的磁电耦合特性研究

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多铁复合材料中不同铁性之间存在耦合作用,在新型磁电存储器件和自旋电子器件等众多领域具有广阔的应用前景,是近年来国内外的研究热点。相比Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)和Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PZN-PT)晶体,Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PMN-PT)晶体具有更高的矫顽场和相变温度。本课题将NiFe/PIN-PMN-PT多铁异质结作为研究对象,研究其中的磁电耦合效应。  首先,采用直流磁控溅射的方法进行多铁异质结样品的制备。电控铁磁共振是近年来兴起的一个研究多铁异质结中磁电耦合特性的方法,采用这种方法进行研究,实现电场对样品铁磁共振特性的调控。采用基于S形共面波导的铁磁共振测量系统进行测试,可以分别进行扫频模式和扫场模式的测试。[100]方向上共振频率随电场强度的增大而增大,共振磁场强度随电场强度的增大而减小;[011]方向上共振频率随电场强度的增大而减小,共振磁场强度随电场强度的增大而增大。电控铁磁共振特性的变化规律与文献报道实验结果一致。  其次,采用有效磁场的理论对实验结果进行分析。面内有效磁场变化的实验值和计算值符合得很好,说明样品中的磁电耦合效应来源于铁电相与铁磁相界面上的应力作用,而面内有效磁场的各向异性导致了[100]和[011]两个方向上不同的电控铁磁共振特性。通过有效磁场变化的实验值计算出了样品的逆磁电耦合系数,对样品磁电耦合性能的强弱进行了量化。  最后,利用COMSOLMultiphysics软件对NiFe/PIN-PMN-PT多铁异质结进行建模与仿真。在电场作用下,铁磁薄膜整体的磁化强度发生了变化,实现了电场对磁性的调控,并且铁磁薄膜上产生了磁化强度的面内各向异性。通过COMSOL对多铁异质结中的电控磁现象的仿真缺乏相关文献报道,比较具有创新性,仿真结果与实验结果符合。  本论文对NiFe/PIN-PMN-PT多铁异质结的磁电耦合效应进行了深入研究,实验、理论和仿真结果一致。制备出的样品磁电耦合性能优良,在电调谐的磁性微波器件中具有一定的应用前景。
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