[发明专利]一种无铅磁电复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅磁电复合薄膜及其制备方法，属于多铁性复合功能材料领域。

背景技术

多铁性是指同时具有铁磁性(反铁磁性)、铁电性(反铁电性)或铁弹性，而且材料中的磁和电可以相互耦合，即可以通过外加磁场控制电极化或外加电场控制磁化的一种物理现象。多铁性材料在信息存储、多态记忆元、自旋电子器件、微波器件等方面有着诱人的应用前景,因而受到凝聚态物理、固体电子学和材料物理领域的广泛关注。

几乎所有单相多铁材料的磁电耦合只能在低温下才能显现出来，并且磁电耦合系数很小，离实际应用相差甚远。因而，越来越多的研究人员把目光投向多铁性复合材料。在人们期望电子器件微型化、多功能化、集成化的今天，多铁性复合薄膜因具有薄膜生长可控、“自旋-晶体-电荷-轨道”多自由度作用竞争机制、可与半导体材料相结合等特性，已成为当前材料科学与凝聚态物理的研究热点。

多铁性磁电复合薄膜，根据复合结构的不同，可以分为1-3型柱状磁电复合薄膜材料(即铁磁纳米柱以垂直于薄膜平面的方式分散在铁电薄膜基体中形成的磁电复合薄膜)、0-3型粒状磁电复合薄膜材料(铁磁纳米颗粒弥散分布在铁电薄膜基体中形成的磁电复合薄膜)以及2-2型层状磁电复合薄膜材料(包括①以铁电薄膜和铁磁薄膜作为基本单元形成的双层或多层膜，又称2-2结构的磁电复合薄膜；②铁磁薄膜生长在铁电单晶衬底上或铁电薄膜生长在铁磁单晶衬底上形成的准2-2结构的磁电复合薄膜。)。

与其他的磁电复合薄膜相比，准2-2结构复合薄膜材料的最大优点是：结构简单、制备容易、铁电层的漏电流几乎可以忽略，可实现对整个铁电单晶衬底的完全极化；外延界面结构，刚性强度高，界面应变耦合强；界面应变传递均匀、晶格应变重复可调和精确可控。因此，该种层状复合薄膜材料在磁电功能材料领域具有广阔的应用前景。然而，目前所报道的准2-2型磁电复合薄膜中的铁电层大多采用含铅的铁电材料(如铌镁酸铅－钛酸铅固溶体单晶和PZT陶瓷)，然而单晶价格昂贵、机械力学性能较差且它们都含有有毒的铅元素。含铅材料在制备、使用、回收和废弃过程中都会给健康和环境带来巨大危害，而这两种铁电材料的氧化铅(PbO)含量均超过60％。因此，发展新一代高性能无铅磁电复合薄膜材料及其相关的器件对于电子产品更新换代、减少环境污染、实现国民经济和社会可持续发展具有现实的紧迫性和重要的战略意义。

发明内容

本发明旨在克服现有磁电复合薄膜含有铅元素、易造成污染的缺陷，本发明提供了一种无铅磁电复合薄膜及其制备方法。

本发明提供了一种磁电复合薄膜，所述磁电复合薄膜包括0.5BaZr_0.2Ti_0.8O₃-0.5Ba_0.7Ca_0.3TiO₃陶瓷衬底以及沉积在该衬底上的La_0.7Sr_0.3MnO₃薄膜。

较佳地，所述磁电复合薄膜厚度为10-130nm，居里温度为300K-350K。

较佳地，所述0.5BaZr_0.2Ti_0.8O₃-0.5Ba_0.7Ca_0.3TiO₃陶瓷衬底的厚度为0.4-0.6mm，所述La_0.7Sr_0.3MnO₃薄膜的厚度为10-130nm。

较佳地，在0.5BaZr_0.2Ti_0.8O₃-0.5Ba_0.7Ca_0.3TiO₃衬底上施加≤10kV/cm的电场时，所述复合薄膜的电阻变化范围为0-5％。

较佳地，在磁场强度为8T下，在2K-300K的温度范围内，所述磁电复合薄膜的磁电阻值为37％-45％。

又，本发明还提供了一种上述磁电复合薄膜的制备方法，所述制备方法包括：

采用脉冲激光在0.5BaZr_0.2Ti_0.8O₃-0.5Ba_0.7Ca_0.3TiO₃陶瓷衬底上沉积La_0.7Sr_0.3MnO₃薄膜。