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La2/3Ba1/3MnO3/Nb:STO异质结中基于电致电阻效应的电控磁效应研究

批准号:
12104077
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
熊元强
依托单位:
学科分类:
铁电与多铁体系
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
熊元强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
基于电致电阻效应机制的电控磁效应由于具有非易失性和与传统的CMOS制备工艺相兼容的特点,成为电控磁效应研究的热点。但在研究中存在以下主要问题:(1)需要寻找合适的材料体系去探索室温下电控磁效应。(2)需要探索新的机制去实现室温下具有较大磁电系数的电控磁效应。(3)需要获得具有稳定磁响应的电控磁效应。La2/3Ba1/2MnO3是典型的室温铁磁材料,其磁性易受到氧空位浓度的调制。利用这一特性,本项目将研究La2/3Ba1/2MnO3薄膜中的电控磁效应。构造结构为Au/LBMO/Nb:STO的器件,利用电场作用下LBMO/Nb:STO界面处氧空位的积聚与耗尽机制,实现室温下的非易失性的电控磁效应。选择合适的LBMO薄膜厚度,实现对电控磁效应的进一步增强。通过调节制备参数,对LBMO薄膜结晶度和LBMO/Nb:STO界面质量进行优化,获得具有稳定磁响应的电控磁效应。
英文摘要
The electric field controlled magnetism effect based on resistive switching effect has become a hotspot research due to its non-volatile characteristics and compatible with traditional CMOS processes. Up to now, the main issues existed in this field are as follows: (1)It is urged to find a suitable material system to explore new material system to obtain electric field controlled magnetism effect at room temperature. (2)It is necessary to explore new mechanisms to realize the electrically controlled magnetic effect with a large magnetoelectric coefficient at room temperature. (3)It is necessary to obtain the electric field controlled magnetism effect with stable magnetic response. La2/3ba1/2MnO3(LBMO) is a typical room temperature ferromagnetic material,whose magnetism is easily regulated by oxygen vacancy concentration.In this project, we will study the electric field controlled magnetism effect in LBMO magnetoelectric films.Taking the advantage of the accumulation and depletion of oxygen vacancies driven by electric field at the interface of LBMO/Nb:STO,large electrical controlled magnetization is obtained at room temperature. Corresponding appropriatefilm thickness of LBMO film is selected for the further enhancement of electric field controlled magnetism effect. The crystallinity of LBMO films and the quality of the LBMO/Nb:STO interface are optimized by adjusting the preparation parameters for more stable magnetic response.This work can offer experimental and theoretic evidence for the exploration of the mechasim for electric field controlled magnetism effect and the design of the magnetoelectric devices.
基于电致阻变效应的电控磁效应研究对发展低功耗的多功能信息存储器件具有重要意义。磁性钙钛矿锰氧化物因其内部的电荷、自旋、轨道和晶格之间的强烈的耦合作用为物性的调控提供了一个理想的平台,是研究电场调控磁性的理想材料。我们以具有室温铁磁性的LBMO为研究对象,开展了基于电场调控其导电性和磁性的相关研究工作,其主要成果包括:1)在结构为Au/LBMO/pt的器件中,实现了电压调制的具有稳定电阻响应的多重态电致阻变效应。2)通过制备过程中对氧气压强的调节,获得了具有优异阻变效应和室温铁磁性共存的LBMO薄膜制备参数。通过具有储氧能力的Nd:STO衬底的引入,在结构为Au/LBMO/Nd:STO 器件实现了室温下小电压调制的具有稳定磁响应的电控磁效应。3)鉴于LBMO材料所具有的优异阻变稳定性的电致阻变效应,在结构为Au/LBMO/Nd:STO 器件中实现了基于不同极性电场调制的人工神经突触。利用该器件实现了电场调制的人工神经突触,探究了将其应用于人工神经突触模拟的可能性。4)将基于电场调制的人工神经突触拓展到光电领域。利用宽禁带半导体材料氧化镓优异的感光特性,通过界面的修饰,实现了基于电场和光场联合调制的光电神经突触。获得了具有超大开/关比(~104)和超过12000 s的优异保持能力的可控多级数据存储。并对氧化镓材料的光电探测性能开展了系统研究。这些研究成果对基于磁光电信息存储器件的多功能应用具有重要意义。
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