电场调控磁性薄膜交换偏置的研究

摘要

铁磁/反铁磁体系的交换偏置场具有丰富的物理意义，并在巨磁电阻器件中具有重要的应用价值，因此倍受人们关注。自旋电子器件的发展对交换偏置调控的要求越来越迫切，而电场调控磁性提供了新的思路，为实现具有低能耗、高效率、非易失性的新型自旋电子器件提供了可能。在铁磁/铁电多铁异质结中，由于铁磁铁电的耦合增强了电场调控磁性的强度，引起研究人员更多的关注。本文中利用磁控溅射在Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)铁电单晶基底上制备具有交换偏置的铁磁/反铁磁体系，利用静态的振动样品磁强计、动态的铁磁共振以及电输运对铁磁/反铁磁体系进行电场作用下的系统测量，得到如下结果：　　(1)通过磁控溅射制备铁磁/反铁磁体系，并研究了不同厚度反铁磁层对交换偏置的影响，发现随反铁磁厚度增加交换偏置场从零开始增大，当反铁磁厚度达到一定值时，交换偏置场达到饱和不再变化；利用S-W模型，给出不同电场作用下体系的自由能，包括单轴磁各向异性能，单向各向异性能和应力各向异性能，随着电场调控单轴各向异性与单向各向异性比值的变化，电场可以实现磁化强度的180o的翻转，这为多态磁存储提供可能。　　(2)在弱交换偏置体系中利用动态铁磁共振测试实现电场调控非易失交换偏置的大小。通过磁控溅射在PMN-PT铁电单晶基底上制备了具有弱交换偏置Co/IrMn铁磁/反铁磁样品，利用铁磁共振分别测量难易磁化方向上共振场随电场的变化得到非对称的蝶形曲线，并且在零电场下是非易失的；同时测量了不同电场下共振场与角度的依赖关系，通过铁磁共振的自由能公式拟合得到单轴各向异性有效场和交换偏置场随电场的变化也是非对称的蝶形曲线，这与铁电基底的应力曲线一致，说明电场调控磁性的机制是应力效应占主导的。　　(3)在磁弹性系数大的铁磁材料(CoFeB)中实现了电场控制非易失交换偏置场和多态磁存储，获得电场调控的单轴磁各向异性场和单向磁各向异性场的不同比值，实现电场调控磁化强度180°的翻转。在不加外磁场情况下，通过不同电场扫描方式以及脉冲电场的变化，得到了稳定的非易失多个剩磁态，这为多态磁存储提供实验依据；通过铁磁共振测试不同电场下共振场的角度依赖关系，利用自由能公式拟合不同电场下共振场的角度依赖关系得到单轴和单向各向异性与电场都呈现非对称的蝶形，同时实现非易失180o单向各向异性的变化。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 多铁材料的分类

1.3 交换偏置的原理及其应用

1.4 铁磁/铁电结构中的磁电耦合效应

1.5 电场调控交换偏置的发展

1.6 磁各向异性

1.7 论文的选题依据和研究内容

参考文献

第二章 薄膜的制备及测试

2.1 样品薄膜的制备

2.1.1 磁控溅射

2.2 样品性能表征

2.2.1 表面轮廓分析仪 (台阶仪)

2.2.2 振动样品磁强计 (VSM)

2.2.3 铁磁共振(FMR)

2.2.4输运测试平台

参考文献

第三章 反铁磁的厚度与交换偏置的依赖关系

3.1 前言

3.2 不同厚度反铁磁层样品制备

3.3 反铁磁厚度对交换偏置场影响的静态磁性

3.4 反铁磁厚度对交换偏置场影响的铁磁共振

3.5 电场控制交换偏置的理论分析

3.6 本章小节

参考文献

第四章 弱交换偏置体系中电场调控铁磁共振研究

4.1 前言

4.2 电场调控交换偏置的铁磁共振谱线

4.3 不同电场下共振场随角度的依赖关系

4.4 本章小节

参考文献

第五章 非易失电场调控交换偏置的系统研究

5.1 引言

5.2 电场调控交换偏置的静态磁性

5.3 电场调控非易失的多态存储

5.4 电场调控磁电阻的输运测量

5.5 电场调控交换偏置的铁磁共振研究

5.6 本章小节

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

在学期间的研究成果

致谢