多层膜结构多铁性薄膜的制备和电磁性能研究

摘要

复合多铁性材料是由具有磁致伸缩效应的铁磁材料和具有压电效应的铁电材料复合而成，通过磁滞伸缩和压电效应之间的应力耦合作用，使得整个材料出现磁电耦合现象，即外加电场能导致材料磁化，反之，外加磁场能使材料极化。多铁性材料是近些年来凝聚态和材料学研究比较热门的一个方向。本文主要内容是对BaTiO3-CoFe2O4体系多层膜的制备工艺、结构、铁磁、铁电以及介电等性质进行研究。
　　 本文研究的主要内容如下：
　　 (1)使用溶胶-凝胶(sol-gel)法在Si(111)基片上制备镍酸镧(LaNiO3，LNO)电极，并在其上制备了700℃退火BaTiO3-CoFe2O4多层膜，通过改变铁磁层和铁电层的沉积次序，制备出不同层数的BaTiO3-CoFe2O4多层膜。不同层数的薄膜的择优取向一样，CoFe2O4相是(311)，BaTiO3相是(110)。此外，测得3层膜的剩余磁化强度为1.116×10-3emu，13层膜为0.768×10-3emu。不同层数薄膜的介电性基本一样。此外，观察到所有薄膜都具有铁电性。
　　 (2)使用磁控溅射法在LNO、Pt/BTO/SiO/Si、Pt/TiO/SiO/Si基底电极上制备700℃退火的BaTiO3-CoFe2O4-BaTiO3三层膜。XRD测量显示在三种基底上制备的薄膜的择优取向一致，BTO的择优取向为(101)，CFO的择优取向为(311)。测量铁磁性和铁电性，在Pt/BTO/SiO/Si上的膜的剩余磁化强度为5.25×10-4emu，剩余极化强度为0.221μC/cm2，在 Pt/TiO/SiO/Si上的膜的剩余磁化强度为4.2×10-4emu，剩余极化强度为0.148μC/cm2。三种膜的介电性没有明显差别。
　　 (3)通过使用直径2mm，4mm，6mm，8mm和4×1mm模版，在Pt/TiO/SiO/Si基底上制备具有不同铁磁含量的在700℃退火的BaTiO3-CoFe2O4-BaTiO3三层膜。磁性测量结果显示，不同铁磁含量的薄膜的单位体积剩余磁化强度相同，为3.922×10-4emu。同时测量到无模版的薄膜的剩余极化强度为0.148μC/cm2，6mm的薄膜的剩余极化强度为0.054μC/cm2，4mm的薄膜剩余极化强度为0.004μC/cm2。