[发明专利]一种掺铱的钌酸锶掺杂材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种掺铱的钌酸锶掺杂材料、制备方法及应用，掺铱的钌酸锶掺杂材料为含有金属元素Sr、Ru、Ir的氧化物，化学式为SrRu_0.7Ir_0.3O₃，具有反铁磁和铁磁区域，Sr和Ru为主要元素，Ir为掺杂元素并部分取代Ru的位置进行掺杂，Ir掺杂含量为30%，在温度10K时具有交换偏置效应。本发明提供的掺铱的钌酸锶掺杂材料、制备方法及应用，可以替代现有多层结构的自旋阀，应用在磁存储领域，还能够通过控制温度变化实现所述掺铱的钌酸锶掺杂材料的金属‑绝缘相变，应用在电路开关制备领域。

技术领域

本发明属于磁存储领域，具体涉及一种掺铱的钌酸锶掺杂材料、制备方法及应用。

背景技术

钌酸锶（SrRuO₃，简写SRO）是一种具有三维、正交畸变钙钛矿结构的过渡金属氧化物，也是4d元素中唯一具有磁有序的氧化物。由于SRO具有良好的化学稳定性且与其它钙钛矿材料结构匹配而被广泛用于氧化物异质结的电极材料。作为磁性氧化物的SRO，其磁学性质随温度变化显著，在室温下表现为顺磁性，温度低于160K时表现为铁磁性。SRO属于强关联电子体系，存在电荷、自旋、轨道、晶格的相互关联，该体系具有复杂的基态和丰富的物理性能，因而受到物理、材料、器件等研究人员的广泛关注。SRO的电磁性能与晶体结构密切相关，其中，Ruo₆八面体的倾斜和旋转是晶体结构变化的主要方式，因此，常用其他半径不同的金属离子掺杂改变晶体结构，实现材料电磁性能的调控，可应用于磁存储等自旋电子器件领域。此外，掺杂离子自身属性对材料性质也会有一定的影响。

交换偏置效应是指一般情况下，铁磁性材料和反铁磁性材料都只会在其特征温度点以下才能表现出相应的磁性能，当材料内部同时存在铁磁相互作用和反铁磁相互作用时，材料会在不同的温度范围内分别表现出铁磁性或反铁磁性，或者在某一温度范围内同时存在铁磁相互作用或反铁磁相互作用。当二者同时出现时，材料内部会形成铁磁相互作用和反铁磁相互作用的区域以及二者相互接触的界面区域，当对材料进行冷却降温且温度降到奈尔温度以下时，反铁磁层的各向异性较大，不随外场变化而变化，但铁磁层会随外场变化而发生偏转，这时，界面反铁磁层会对界面铁磁层产生钉扎作用，而铁磁层克服钉扎作用发生偏转这个过程所产生的实验现象就是交换偏置效应。

存储技术与计算技术和传输技术共同构成了数字世界的基石。存储性能始终是计算机发展的瓶颈，在性能遥遥领先的计算和传输技术对高性能存储的迫切需求推动下，以钌酸锶等新型磁性材料作为存储介质的磁存储技术成为研究的热点。

由交换偏置效应发展得来的自旋阀既是由铁磁层（自由层）、非磁层、铁磁层以及反铁磁层构成，反铁磁层在降到奈尔温度以下时，反铁磁磁矩有序排列，由于铁磁层与反铁磁层之间的交换耦合作用，相当于铁磁层被钉扎住，与自由层相比，被扎住的铁磁层的磁化方向难以改变，这时我们可以通过外加微弱磁场来改变自由层的磁场方向，使其与被反铁磁层钉扎住的铁磁层的磁场方向呈平行和反向平行的状态。当平行时，磁阻最小，反向平行时，磁阻最大，相当于形成了一个高阻态和一个低阻态来实现二进制存储。利用交换偏置效应的磁电子器件被广泛应用于磁读头和磁随机存储中（MRAM）。传统的存储技术在断电的情况下，原来存储的数据就会丢失，因为当前主流数字存储领域，一般通过二极管的单向导电性区别电流的有和无两种状态表示计算机能处理的机器代码的1和0，与传统技术相比，磁存储具有容量大，功耗低，信息不易丢失的优点。但值得注意的是，自旋阀结构中的铁磁层与反铁磁层往往有两种或者多种材料组成，占据了更大的空间，在存储器件日渐小型化的今天是不利于存储行业发展的。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种掺铱的钌酸锶掺杂材料及应用，可代替传统自旋阀结构中铁磁层与反铁磁层为两种或多种不同材料组成的情况，解决了传统的存储技术存在的存储容量小、数据易丢失的问题，同时，可作为制备智能开关的材料，解决当某些特殊情况下无法触碰开关的情况。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：