LCMO/BNT磁电超晶格复合薄膜与磁电耦合效应调制

本项目以具有巨大潜在应用前景的磁电超晶格复合薄膜为研究对象，针对目前磁电超晶格薄膜存在的居里温度和奈尔温度很低、磁电耦合效应很微弱等关键性问题，选用具有强的磁电耦合性能和大的铁电极化、较高的奈尔温度、较高的饱和磁化强度的锰酸钙镧(La1-xCaxMnO3 (LCMO))、锰酸锶镧(La1-xSrxMnO3 (LSMO)和具有良好铁电和抗疲劳性能的钛酸钕铋(Bi4-yNdyTi3O12 (BNT))、锆钛酸铅(PbZr1-yTiyO3 (PZT)作为超晶格组元，用脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射等方法制备了高品质BNT-LCMO和PZT-LSMO两种体系的新型磁电超晶格。实验上系统研究了材料的成分、结构、体积分数、形貌、界面特性、畴结构、晶格匹配度、应力、面内及面外取向分布及制备参数对该体系的微观结构和宏观磁电耦合性能的影响。理论上运用第一性原理并结合动力学蒙特卡罗方法，分析和预测了磁电超晶格的自旋、电荷、轨道及晶格之间的相互耦合和调制以及磁电耦合性能，建立初步的微观物理机制。主要开展了以下研究工作：.(1) 在实验方面：分别采用脉冲激光沉积法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法在SrTiO3(100)和Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了一系列的BNT-LCMO和PZT-LSMO复合薄膜，对其微观结构、铁电性能、磁性能、磁电耦合性能进行了表征。.(2) 在理论方面：研究了磁电复合隧道结中的界面磁电耦合作用，研究了铁电薄膜电极化强度、铁磁电极的磁交换分裂能、电极的托马斯-费米屏蔽长度、铁电夹层的相对介电常数等因素对磁电耦合作用的影响。基于铁电薄膜中电畴的渐变翻转机制和Lee课题组发明的精确控制铁电薄膜中电畴翻转的方法，建立了多值极化铁电隧道结模型。.通过该项目的研究，已在Journal of Materials Chemistry C、IEEE Transactions on Electron Devices、Applied Physics Letters、Journal of Applied Physics等国际著名期刊上发表SCI收录学术论文37篇；参加国际集成铁电会议、固态和集成电路国际会议等国内外学术交流14次；培养博士研究生1人(肖永光)，硕士生5人(张连宝、王国阳、杨松波、蒋波、吕笑松)，均已顺利获得学位。