[发明专利]一种基于巨磁热La-Fe-Co-Si的多铁复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种在室温附近兼具磁制冷、电控磁和磁记忆效应的多铁复合材料及其制备方法和应用。该多铁复合材料包括铁电PMN‑PT单晶衬底和具有巨磁热效应的La‑Fe‑Co‑Si铁磁合金层，其中，所述PMN‑PT单晶衬底的两个表面均蒸镀有金属电极，并且通过胶粘剂与所述La‑Fe‑Co‑Si铁磁合金层粘结形成所述多铁复合材料。本发明的多铁复合材料的优势在于室温附近具有可观的电控磁效应，并表现出脉冲电压诱导的磁记忆效应。同时，由于该结构的铁磁层具有巨大的磁热效应，从而提供一种用磁制冷来克服存储器件发热的新模型。本发明对于发展兼具磁制冷和磁记忆效应的新型多功能复合器件具有重要实际意义。

技术领域

本发明涉及一种由巨磁热La-Fe-Co-Si材料和弛豫性铁电衬底(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(PMN-PT)构成的具有磁记忆效应的多铁复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

多铁材料是指两种以上的有序相(铁磁、铁电、铁弹)共存的材料体系。在该类材料体系中可以实现磁电耦合或者逆磁电耦合效应，也即加磁场导致物质的电极化状态发生变化或者加电场导致物质的磁化状态发生变化。

信息存储技术领域的发展对于存储密度和速度的提高，以及降低能耗都有越来越高的要求。传统的磁存储材料多数采用磁场或者电流写入的模式，这一模式既不利于提高存储密度和速度，也具有很大的能耗。通过电场去控制磁性则有利于解决这一问题，除此之外，电控磁效应还可以广泛的用于逻辑器件、探测器件、能量转换器件等等。这使得对于多铁材料，特别是室温附近多铁材料及其电控磁效应的探索显得尤为重要。

现有的具有磁电耦合的单相多铁材料包括BiFeO₃、Cr₂O₃、TbMnO₃、YMnO₃、MnWO₄等。这类材料种类比较少，铁电性和铁磁性都比较弱，并且其磁电耦合作用也比较弱，而且其电磁耦合效应一般都发生在低温区域，不能实现室温附近的电控磁效应。针对这些问题，人们发现通过一些手段人为的将铁电材料和铁磁材料结合起来形成的人工复合物即可实现磁电耦合效应。其形式包括三维颗粒复合的核壳结构和二维片状复合结构，还有一种就是通过薄膜生长的方式将铁电材料和铁磁材料进行复合。通过简单的方法将铁电材料和铁磁材料结合起来并且能够实现磁电耦合效应，特别是室温附近的磁电耦合效应仍然显得尤为重要。

具有NaZn₁₃(1:13)结构的La(Fe,Si)₁₃基化合物由于其巨大磁热效应被人们广为熟知，其可作为磁制冷工质获得磁制冷。除此之外，该材料还具有磁弹耦合的特征。随着温度升高，在其磁相变温度处伴随着一个反常的晶格畸变，这就决定了该材料对外加的应力特别敏感。通过Co替代Fe，可以调控该材料的相变温度到室温附近。然而由于1:13相是亚稳相，形成1:13相往往需要高的退火温度和长的退火时间(需要一个月)。本发明人的研究发现可以通过快淬甩带的方法制备厚度小于22μm的La-Fe-Co-Si快淬薄带，所得快淬带形成1:13相，相对于块材成相所需的一个月的退火时间，只需要退火15min～1h便可以形成干净的1:13相，没有其它杂相，从而所需要的退火时间大大缩短。

PMN-PT是一种比较成熟的已经商业化生产的铁电材料，它因为具有优异的压电和逆压电效应而广泛应用于能量转换器件。(011)取向的PMN-PT单晶在6kV/cm的电压下，其面内[100]方向可以产生0.3％的巨大压应变。

众所周知，高密度磁存储器件工作过程中发热是长期难以解决的问题，已经投入了大量财力、物力来解决散热问题。因此，制备兼具磁制冷和磁记忆效应的新型多功能复合器件可作为解决该问题的重要方法。

发明内容