[发明专利]一种基于磁致伸缩实现BaTiO3

说明书

本发明公开了一种基于磁致伸缩实现BaTiOsubgt;3/subgt;薄膜铁电极化转动的使用方法，包括衬底和BaTiOsubgt;3/subgt;薄膜，BaTiOsubgt;3/subgt;薄膜沿着[001]方向外延生长在衬底上，对薄膜需进行单畴化处理，将该生长于衬底上的薄膜放置在垂直于薄膜表面且不断加大的外加电场中，测量薄膜c方向的极化强度，至极化强度不再增加，撤去外电场；将金属导线卷绕在金属芯上，固定在衬底的两侧，导线通过可调电阻连接于直流稳压电源；以初始极化方向作为起始方向，逐渐加大电压，记录铁电极化方向的改变，至铁电极化翻转到平行于薄膜平面；重新接通电源，可通过调控电压进行10进制编码的信息存储或读取。本发明通过磁致伸缩和应变耦合，使得薄膜产生双轴等效应变而驱动铁电薄膜自发极化转动，实现多态存储。

技术领域

本发明涉及电介质材料应用领域，具体为一种基于磁致伸缩实现BaTiO₃薄膜铁电极化转动的使用方法。

背景技术

铁电材料由于具有自发的铁电极化，较大的压电和电致伸缩性质，在现代信息存储、光电传感等领域具有极其广泛的应用前景。从铁电介质的电滞曲线可见，在电场作用下，极化可实现向上和向下的翻转，根据电存储的基本理论，如果极化向上作为“0”态，那极化向下就构成“1”态，这也是二进制数据存储的基本依据。

随着现代社会的高速发展，大数据要求元器件的集成度要越来越高，功能越来越多，而以二进制为基础的信息存储技术已逐渐地不能满足这种社会发展需求，因此多态存储技术的发展势在必行。近来，中科院金属研究所马秀良课题组在超薄PbZr_0.52Ti_0.48O₃铁电体中发现界面氧八面体耦合调控极化旋转现象，这也为在铁电介质中调控极化旋转提供了一种有效机制。同时极化的连续转动，也为多态存储的实现提供了支撑载体。

通过理论研究，我们发现BaTiO₃铁电薄膜具有双轴等效应变驱动的极化转动特征。也就是说，通过如果给BaTiO₃铁电薄膜外加双轴应变，可实现类似于在超薄PbZr_0.52Ti_0.48O₃铁电体中发现界面氧八面体耦合调控极化旋转现象，从而实现在BaTiO₃薄膜中的多态存储的可能。而对于一个超薄的薄膜来讲，双轴等效应变的施加有多种方法，可以是简单的机械拉伸，可以是借助于薄膜与衬底间的应变传输。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于磁致伸缩实现BaTiO₃薄膜铁电极化转动的使用方法，通过磁致伸缩和应变耦合，使得薄膜产生双轴等效应变从而驱动铁电薄膜自发极化转动，实现多态存储的有效方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于磁致伸缩实现BaTiO₃薄膜铁电极化转动的使用方法，包括衬底和BaTiO₃薄膜，所述BaTiO₃薄膜生长固定在衬底上方，具体操作如下：薄膜沿着[001]方向外延生长，所述薄膜的晶格常数大于衬底晶格常数；薄膜受到衬底的压应变作用使得铁电极化有沿c轴方向排列的趋势；对薄膜进行单畴化处理，将该生长于衬底上的薄膜放置在垂直于薄膜表面的外加电场中，然后不断加大电场，测量薄膜c方向的极化强度，直到BaTiO3薄膜的铁电极化强度不再增加为止，撤去外电场；将金属导线卷绕在金属芯上，固定在衬底的两侧，导线通过可调电阻连接于直流稳压电源，电源的电动势的大小以满足电路中电流激发的磁场，导致衬底材料大于等于2％的磁致伸缩应变为参考标准；以初始极化方向作为起始方向，接通电源，逐渐加大电压，记录铁电极化方向的改变，直到铁电极化翻转到平行于薄膜平面为止，断开电源，判断极化方向的转动与电压变化的关系；重新接通电源，通过调控电压，转动铁电极化，进行10进制编码的信息存储或读取，确定外加电压与铁电极化方向间的对应关系。