[发明专利]一种可实现磁性薄膜磁矩非易失性取向的调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种多铁异质结及基于该多铁异质结实现磁性薄膜磁矩非易失性取向的调制方法。

背景技术

调控磁性薄膜中磁矩的取向，进而改变相应磁性器件的性能具有十分重要的研究和技术应用价值。传统调节磁性材料中磁矩取向的方法是施加一个外加磁场来使磁矩转向，但外加磁场需要采用电磁铁来实现，不仅体积大、质量重，而且需要通电流来产生磁场，能耗较高。

近年来，多铁异质结的出现，实现了电压对磁性薄膜磁矩的电压调控。多铁异质结是在具有压电效应的单晶PMN-PT/PZN-PT基片或多晶的PZT基片上，通过镀膜或粘接的方式附上磁性薄膜材料得到。多铁异质结对磁性薄膜的磁矩取向的调制主要是利用压电基片的逆压电效应(给压电基片施加电压，会在基片面内产生应变和应力)和磁性薄膜的逆磁致伸缩效应(当磁性薄膜受到应力的作用时，会产生一个应力各向异性能，该能量会使得磁性薄膜中的磁矩偏向应力各向异性能所决定的易磁化方向)。多铁异质结对磁性薄膜磁矩取向的调控只需施加电压，能耗较低；其体积和质量也较小，便于实现小型化和集成化电压调控的磁性器件。基于多铁异质结的上述优势，近年来，国内外很多学者和研究机构都对多铁异质结展开了深入的研究，研究发现，多铁异质结对磁矩进行调制时，当外加电压去掉后，压电基片中的应变趋于零，对磁矩取向的调制也随之消失，因此是一种挥发性(又称易失性)的调控方法。为了实现非易失性的磁矩调控，即去掉外加电压后，仍然能保持对磁矩的调控效果，国内外的学者近年来开展了大量研究。目前，主要有两种方式可实现磁矩取向的非易失性调控：一是Ming liu(Voltage-impulse-induced non-valatile ferroelastic switching of ferromagnetic resonance for reconfigurable magnetoelectric microwave devices,Advanced Materials,2013,25,4886)等人报道的在单晶的PMN-PT或PZN-PT基片上施加某一特定的电压脉冲，可以在这两种单晶体中产生可逆的两种晶型结构的转变，进而产生了非易失的形变，该非易失的形变就可实现单晶基片上磁性薄膜磁矩的非易失性调控。然而，这种调控方式只能产生两种不同状态的非易失性转变；同时，单晶的PMN-PT或PZN-PT基片价格非常昂贵，不利于该非易失性电压调控磁矩技术的推广使用。二是T.X.Nan(Voltage impulse induced bistable magnetization switching in multiferroic heterostructures,Applied Physics Letter,2012,100,132409)等人报道的一种磁矩取向的非易失性调控方式，研究发现当施加在多晶PZT陶瓷基片上的电压不超过其矫顽电场时，会出现一个类似电滞回线的应变回线，该应变回线在外加电场去掉后会出现两种不同状态的残余应变，该两种不同状态的残余应变会使PZT上镀的磁性薄膜产生两种不同的磁矩调控效果，从而实现两种非易失性存储效果。而当施加的电压超过PZT基片的矫顽电场后，PZT基片则呈现出典型的应变“蝴蝶”曲线，非易失性则会消失。上述调控方式一方面只能实现两种不同状态的非易失性转变；另一方面当外加电场低于PZT陶瓷的矫顽电场时，PZT产生的应变较小，退掉外电场后残余的应变就更小，因此两种残余应变状态的差异并不是太大，影响了对多铁异质结中磁性薄膜磁矩的调控效果。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种多铁异质结及基于该多铁异质结实现磁性薄膜磁矩非易失性取向的调制方法，所述多铁异质结采用廉价的具有缺陷偶极子的多晶PZT陶瓷作为压电基片，在其一面涂覆银胶作为电极，另一面抛光后镀或者粘接具有磁致伸缩特性的磁性薄膜；通过对所述多铁异质结施加特定的电压脉冲，在去掉外加电压后，可在磁性薄膜中产生三种非易失性的磁矩转变状态，达到了稳定的非易失性磁矩调控的效果。该调控方法操作简便，易实现，调控效果良好，在非易失性电场脉冲调制磁性器件领域有广泛的应用空间。

本发明的技术方案如下：

一种多铁异质结，包括多晶PZT陶瓷基片，所述多晶PZT陶瓷基片的一面涂覆导电银胶并固化后作为电极，另一面抛光后镀或者粘接具有磁致伸缩特性的磁性薄膜，其特征在于，所述多晶PZT陶瓷基片为含有缺陷偶极子的多晶PZT陶瓷基片，所述含有缺陷偶极子的多晶PZT陶瓷基片是通过对多晶PZT陶瓷基片进行受主掺杂后，再经过极化和老化处理得到。