[发明专利]一种具有交换偏置效应的氮化铁基多铁性异质结构及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有交换偏置效应的氮化铁基多铁性异质结构及制备方法；通过磁控溅射法将铁磁性的Fe₄N和SrRuO₃薄膜与多铁性的BiFeO₃薄膜复合在一起，形成Fe₄N/BiFeO₃/SrRuO₃/SrTiO₃多铁性异质结构，从下到上依次为SrTiO₃(111)单晶基片、50nm厚的SrRuO₃层、30nm厚的BiFeO₃层和20nm厚的Fe₄N层；Fe₄N和SrRuO₃为铁磁层，BiFeO₃为反铁磁层。施加50kOe冷却磁场时，在3K下，异质结构的交换偏置场达到了‑527Oe；本发明所采用的磁控溅射法，可以制备出高质量单相Fe₄N薄膜，薄膜表面平整度高，在工业化生产上具有明显优势。

技术领域

本发明涉及一种具有交换偏置效应的多铁性异质结构及制备方法。更具体地，是制备具有交换偏置效应的氮化铁(Fe₄N)基多铁性异质结构及制备方法；通过磁控溅射法将铁磁性的Fe₄N和SrRuO₃薄膜与多铁性的BiFeO₃薄膜复合在一起，形成具有交换偏置效应的Fe₄N/BiFeO₃/SrRuO_3/SrTiO₃多铁性异质结构。

背景技术

在三明治结构的磁性隧道节中，上、下铁磁性薄膜的磁化方向会影响隧道结的电阻。将铁磁性薄膜与反铁磁性薄膜复合，利用反铁磁性薄膜的钉扎效应可以使相邻的铁磁性薄膜的磁矩方向固定。施加小磁场时，未被反铁磁性薄膜钉扎的铁磁性薄膜的磁矩方向随磁场变化，因此可以使隧道节出现高、低电阻状态，应用于存储器、磁性传感器等自旋电子学器件中。

立方反钙钛矿Fe₄N具有结构简单、抗腐蚀、抗氧化、热稳定性好、饱和磁化强度高、居里温度高、自旋极化率高等优点，在自旋电子学器件上具有重要的应用价值。在室温下，钙钛矿BiFeO₃同时具有铁电性和反铁磁性，铁电居里温度和反铁磁奈尔温度远高于室温，这使其可以应用于多铁性异质结构中。钙钛矿SrRuO₃具有结构简单、导电性好、热稳定性好等特点，与BiFeO₃和SrTiO₃等钙钛矿材料晶格匹配，因此常作为异质结构的缓冲层或金属电极，在自旋电子学领域具有广泛的应用价值。同时，立方反钙钛矿Fe₄N与BiFeO₃具有较好的晶格匹配，因此可以形成Fe₄N/BiFeO₃/SrRuO₃/SrTiO₃外延异质结构。