BiFeO3异质结构的制备和磁、电性能研究

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BiFeO3是已知唯一的在室温下同时具有反铁磁性与铁电性的单相多铁性材料,其反铁磁性与铁电性相互耦合,因此在电控磁性、多态存储等领域具有广阔的应用前景。本文采用脉冲激光沉积法制备外延BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3等薄膜,构成多种异质结构,使用X射线衍射、原子力显微、扫描电子显微等方法对样品的结构和形貌进行表征,通过电学、磁学测量研究了BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3结构中的交换偏置效应和BiFeO3薄膜的阻变特性。具体工作包括:(1)通过调节脉冲激光沉积时的衬底温度、氧气压强、脉冲激光能量密度与激光频率等参数,优化了在SrTiO3(001)衬底上外延BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3等薄膜的工艺。X射线衍射结果表明薄膜的结晶性良好,原子力显微测量表明薄膜表面均方根粗糙度优于4.0 A。(2)制备了BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3外延异质结构,采用电晕极化方法对BiFeO3薄膜进行极化,并测量了异质结构的磁滞回线。结果表明,电晕极化能够使BiFeO3发生极化,并伴随着明显的La0.7Sr0.3MnO3磁滞回线偏移。由于BiFeO3中的铁电性与反铁磁性相互耦合,极化翻转通过BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3界面的反铁磁/铁磁交换作用调控对La0.7Sr0.3MnO3磁畴的钉轧导致不同的偏置。(3)选择不同功函数的多种电极材料,研究了BiFe03外延薄膜的电致阻变性能。Pt/BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3异质结构只有在负的偏压下才有明显的阻变现象,Pt/BiFeO3/SrRuO3在正负偏压都能够观察到明显的阻变, 而In/BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3则观察不到阻变现象。上述结果表明,此类异质结构中铁电极化调控界面肖特基势垒导致的铁电二极管现象是阻变的主要原因。低功函数的La0.7sr0.3MnO3和In不能与BiFe03形成有效的肖特基势垒,电子输运受极化翻转调控不明显。
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