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文档简介
1、我们实验的目的是利用BiFeO3的 反铁磁性,与上面的铁磁层的界 面交换耦合作用,同时利用 BiFeO3的磁电耦合效应,这样我 们就可以通过加在BiFeO3层上的 电压,改变其铁电极化方向,通 过磁电耦合效应从而带动其反铁 磁畴的转动,再通过交换偏置效 应,带动被钉扎的铁磁层的磁矩 转动,实现外加电场对磁性的调 控。这是一种间接的调控效应, 电场(或者电压)是加在BiFeO3层上的,而能够被测量到的被调控的磁性是铁磁层的磁矩。如果再把这种电场调控的交换偏 置效应应用于自旋电子学器件,就可以实现外加电场对器件磁电阻等自旋相关的效应的调 控,而不需要通过外加磁场,从而极大的减小能耗,简化器件结构,
2、减小器件尺寸。BiFeO3是室温反铁磁铁电材料,它的铁电极化 方向沿着111方向,同时其反铁磁磁矩沿着与 111垂直的1-10方向螺旋,共有三个等效方 向。每个螺旋方向会在界面处与铁磁层磁矩耦 合,产生交换偏置场和矫顽力的增强。但是由 于存在这三个等价的方向,因而在空间如果完 全无序的情况下,就不会存在净的交换偏置场, 而只有矫顽力的增强,这也是很多文献报道的 结果。目前,外加电场调控BiFeO3的反铁磁畴, 从而带动铁磁层的磁矩转动的实验,大部分都 表明这种调控是不可逆的,也就是外加电场导致交换偏置场的减小,但是不论怎么加电场都 无法恢复交换偏置场的大小。我们初步认为这有可能是在电极化的翻转
3、过程中,铁磁层对反 铁磁层的反作用太微弱,导致三个等效方向没有差异,从而最终导致反铁磁畴的完全无序, 因为交换偏置场逐渐减小。由于无法实现某个方向的特殊性,从而无法使交换偏置场恢复。而BiFeO3与La07Sr03MnO3双层膜的电场控制交换偏置效应则是可逆的,在相关的文献中, 他们特别研究了剩磁的取向对电控交换偏置效应的影响,从这里也许我们可以推断,铁磁层 的磁取向通过交换耦合效应对BiFeO3的反铁磁畴取向施加了影响。但是La07Sr03MnO3的居 里点虽然高于室温,但是交换偏置效应的冻结温度则只有150K,远低于室温。如果要实际 应用,我们还是要实现电场对BiFeO3与NiFe等铁磁金
4、属交换偏置效应的可逆调控。从上面的结果我们可以初步设计一个实验,就是我们在外加磁场(尽可能大的磁场)的情况 下,外加电场改变BiFeO3的电极化取向。我们前期的工作外加电场是在零磁场下进行的, 这时的NiFe等可能由于其多晶以及软磁特性,各向异性小,因此对BiFeO3的影响就很小。 而我们施加一个大的磁场,就给了 NiFe很大的赛曼能,这样通过界面交换耦合效应,就可 以对BiFeO3施加一个更大的作用,强迫在BiFeO3的铁电极化翻转时,反铁磁畴的磁矩方向 尽可能沿着铁磁层磁矩的方向。在外加电场撤去后,由于BiFeO3的磁晶各向异性,反铁磁 畴的取向就不会再翻转到其他取向,从而在BiFeO3层
5、中产生了一个择优的取向,这一取向沿着外加磁场的方向(也就是NiFe交换偏置场的取向),这样我们就有可能观测到交换偏置 场在电场翻转BiFeO3的铁电极化后增强的效应。另外,我们是否也可以尝试外加磁场垂直于NiFe生长时磁场的方向,这时再外加电场改变 铁电极化的方向,也许可以改变易轴的方向,本来垂直方向是难轴,现在成了易轴,本来是 易轴的,现在成了难轴,可以实现对各向异性的调控。实验的具体过程,我们这边先制备了了以LaNiO3作为缓冲层以及底电极,在其上生长了大 约400 nm的Bi09La0iFeO3薄膜(掺10%La的目的是为了改善其铁电性质,同时保持其交换 偏置场的大小),然后何茂诚生长NiFe层和保护层,这一层既作为被钉扎的铁磁层,同时又 作为顶电极,所以其尺寸要小于底下薄膜的尺寸,防止上下电极之间的短路。下面是侧视 图和俯视图。在VSM上测量磁滞回线,先多次测量,数据要保存,一直到training效应非常小,或者几乎 没有,然后在外加磁场1T的条件下,加电压(因为我们没有脉冲电源,所以采用直流电源, 加上电压,然后撤去电
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