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多铁异质结中电场对磁电输运的影响

【摘要】:基于多铁异质结及其磁电耦合效应的器件主要可应用于以下两个领域:一方面是在微波领域,包括电场可调的传感器、探测器、移相器等;另一方面是各种电子、自旋电子领域,包括能量捕获、存储器件、信号处理器、驱动器等。电场控制磁性的机制主要有三种:交换偏置效应的调制机制、界面电荷的调制机制、应变效应的调制机制。磁电耦合材料在微波和新型电子/自旋电子器件中有着重要应用前景。应变调控机制受到了人们的广泛关注。本论文基于应变调控的电场调控机制探究电场对单层铁磁器件/铁电薄膜,以及磁性隧道结/压电衬底的异质结的磁电输运的影响,主要研究工作如下:1.NiFe铁磁条带/Bi3.15Nd0.85Ti2.99Mn0.01012(BNTM)铁电薄膜异质结的制备及性能研究。在Pt(111)/Ti/Si02/Si(100)衬底上用溶胶凝胶法沉积质量较好的BNTM薄膜,用微纳加工方法制备铁磁NiFe条带器件。通过给BNTM薄膜施加电场产生应变效应,来调制NiFe条带器件磁电输运性能。通过电场调制了器件的磁电阻,以及使得铁磁共振谱发生了位移和形状变化。施加电场调控异质结中的自旋轨道力矩,改变了自旋轨道力矩比值(τa:τb,类场力矩:类阻尼力矩),力矩比值(τa/τb)的变化大约为0.07。根据实验结果计算得出压电调控系数为332 fJ/Vm。2.研究了(CoFeB/MgO/CoFeB)磁性隧道结/PMN-PT压电衬底相结合的异质结的磁电输运性能。通过磁控溅射和微纳加工方法在PMN-PT衬底上制备出CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结器件。通过给PMN-PT衬底施加一个垂直电场来产生应变,进而调制磁性隧道结的磁电输运性能:(1)电场调制了磁性隧道结的磁电阻曲线,使得磁电阻曲线由一致性翻转改变为非一致性翻转,主要源于改变了自由层的磁化方向使得自由层由易磁化轴方向向难磁化轴方向发生了偏移;(2)零磁场下,给PMN-PT衬底施加一个垂直电场引起器件电阻的改变,电阻与外加至衬底的电场呈滞后关系;(3)电场调制磁性隧道结的铁磁共振,由于外加电场使得铁磁共振谱的共振峰发生了位移,计算得到负电场下电场调制能力为145 MHz·cm·kV-1。

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