[发明专利]具有交换偏置效应的钒铁氧体-铁酸铋多铁复合薄膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种多铁性复合薄膜的制备方法，更具体地，是一种具有交换偏置效应的钒铁氧体-铁酸铋多铁复合薄膜及制备方法。

背景技术

多铁性材料是一种兼具磁性与铁电性的新型多功能材料。“多铁性”是指在单相化合物材料(典型材料如BiMnO₃，YMnO₃和BiFeO₃)中铁磁序和铁电序同时存在，包括铁磁性、反铁磁性、铁电性及铁弹性等。由于各种物理效应处于同一体系，所以各效应间将不可避免地发生相互作用，从而使得其不仅具备单一独立的“铁”性质，还可通过各种“多铁性”的耦合作用实现不同功能间的互相调控而产生一些新的物理效应，因此极大拓宽了铁性材料的应用范围。基于铁电性和铁磁性(反铁磁性)在现代科学技术中的广泛应用，人们容易想到将二者结合在一起，也就是后来所说的“磁电”材料。利用多铁性材料与自旋极化材料的复合，人们可以实现电场对材料磁输运性质的调控，可以有效的降低电子器件的功耗，具有明显的应用价值。作为多铁性材料的代表，铁酸铋(BiFeO₃)有丰富的磁、电性质，具有较高的铁电居里温度和反铁磁奈尔温度。BiFeO₃具有好的铁电性和弱磁性，利用磁性氧化物与BiFeO₃的外延复合，界面处将存在更加丰富的耦合效应。此类复合结构可广泛用于电磁互控的多铁性存储设备。

基于上述目的，选择尖晶石铁氧体材料与BiFeO₃的外延复合，制备多铁性复合结构。尖晶石铁氧体薄膜结构稳定，具有室温铁磁性等优点，成为与铁电材料复合制备多铁性复合结构的理想选择。作为磁电复合薄膜磁电耦合效应的主要机制，交换偏置效应在理解反铁磁/铁磁体系的多铁/铁磁的界面耦合机制，特别是电致磁电效应的性质有着十分重要的意义。交换偏置效应被大量用于磁头的设计制造中，而多铁复合结构中的交换偏置效应，更利于实现电致交换偏置，在信息存储器件的设计中有着潜在的应用价值。

前期研究工作中，BiFeO₃基的多铁复合结构有金属单质(如Fe、CO、Ni等)同BiFeO₃复合。然而，此类结构存在界面金属易被氧化等，降低了磁电耦合，即复合结构的交换偏置效应偏低。此外，有研究者利用溶胶凝胶方法制备BiFeO₃与钙钛矿锰氧化物(La_1-xSr_xMnO₃)等复合的陶瓷粉末。从应用角度考虑，粉末状的材料无法应用在存储设备上，因此，实验人员利用脉冲激光沉积的方法制备了BiFeO₃/La_1-xSr_xMnO₃外延结构，然而，La_1-xSr_xMnO₃的居里温度较低，两种材料的界面耦合效应偏低，降低了交换偏置效应。

如何制备具有强的界面磁电耦合效应的多铁性复合薄膜成为研究及应用的重点。

发明内容

利用铁磁性材料尖晶石钒铁氧体与铁电材料铁酸铋组成复合多铁材料；利用简单的磁控溅射法来制备BiFeO₃-Fe_3-xV_xO₄(0.1≤x≤0.6)多铁外延异质薄膜；本发明开发了一种新的多铁性复合结构，实现了一种具有大的交换偏置效应的多铁性复合结构的制备方法。