[发明专利]在不同晶向下均具有垂直磁各向异性的柔性自支撑钙钛矿氧化物单晶薄膜及其制备

说明书

本发明公开了一种在不同晶向下均具有垂直磁各向异性的柔性自支撑钙钛矿氧化物单晶薄膜及其制备方法，包括：在晶向为[001]、[110]或[111]的衬底上依次制备可溶性牺牲层薄膜、SrRuO₃单晶薄膜和柔性材料，然后溶解掉可溶性牺牲层薄膜进行柔性转移，得到在不同晶向下均具有垂直磁各向异性的柔性自支撑钙钛矿氧化物单晶薄膜。该方法为堆垛制备出不同晶向、且具有垂直磁各向异性的柔性氧化物异质结构，提供了一种可行的方法，对柔性钙钛矿氧化物薄膜在器件上的应用有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及柔性薄膜领域，具体涉及一种在不同晶向下均具有垂直磁各向异性的柔性自支撑钙钛矿氧化物单晶薄膜及其制备方法。

背景技术

磁各向异性作为磁性材料的重要参量之一，在宏观上表现为磁化轴的择优取向，在不同方向上有“难”、“易”之分。当易磁化轴与材料的表面相垂直时，材料具有垂直磁各向异性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)。在技术应用领域，PMA有助于制备高存储密度、高稳定性、低功耗的高性能磁存储器和逻辑器件；在基础研究方面，PMA可与诸多物理机制竞争，产生新奇的现象，比如与Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)之间的协同效应可诱发具有拓扑保护的独特自旋结构等。

随着物联网时代的到来，在学术界和产业界兴起了一门新的学科，即柔性电子学，其中的一项重要研究内容是柔性磁电器件。制备和发展具有PMA的柔性磁性材料对于发展柔性存储器件、柔性磁传感器等柔性自旋电子器件有重要意义。

钙钛矿氧化物具有丰富的物理性质和稳定的化学性质，是下一代功能材料的重要候选材料之一。晶向，作为晶体薄膜的一项固有属性，对钙钛矿氧化物的物性有着重要意义。在钙钛矿氧化物中存在着很多与晶向相关的性质，例如BiFeO₃薄膜中与晶向相关的铁电极化、磁交换偏置效应等。而且通过对薄膜晶向调控，可能对其结构的对称性、极性、氧八面体耦合等产生微小的影响，从而可能导致诸如金属绝缘体相变、二维电子气等性质。因此，可通过对具有PMA的柔性薄膜进行不同晶向的调控，进而调控其其他物性，这不但能够丰富材料的物理性质，还能够有效的扩展并提高柔性钙钛矿薄膜在自旋电子学器件中的应用，为柔性钙钛矿薄膜带来更加广泛的发展前景。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种在不同晶向下均具有垂直磁各向异性的柔性自支撑钙钛矿氧化物单晶薄膜的制备方法，具有简单易行，衬底可回收利用，对功能层无损害等优点。

一种在不同晶向下均具有垂直磁各向异性的柔性自支撑钙钛矿氧化物单晶薄膜的制备方法，包括：在晶向为[001]、[110]或[111]的衬底上依次制备可溶性牺牲层薄膜、SrRuO₃单晶薄膜和柔性材料，然后溶解掉所述可溶性牺牲层薄膜进行柔性转移，得到所述在不同晶向下均具有垂直磁各向异性的柔性自支撑钙钛矿氧化物单晶薄膜；

所述衬底的晶格常数与可溶性牺牲层薄膜晶格常数相匹配。

所述衬底的材料不限，可以是SrTiO₃(STO)、Nb-SrTiO₃、LaAlO₃、SrLaGaO₄、SrLaAlO₄、DyScO₃、GdScO₃、BaTiO₃、LiNbO₃、MgO、PMN-PT(铌镁钛酸铅)等。

作为优选，本发明衬底选择使用具有良好化学稳定性并且能与各种氧化物薄膜材料的晶格常数良好匹配的SrTiO₃。

作为优选，为了更好地生长高质量外延的钙钛矿氧化物单晶薄膜，衬底需具有平坦的、单一截止原子面，将所述衬底在使用前先进行表面预处理，所述衬底表面预处理的方式不限，包括酸腐蚀(如氢氟酸腐蚀、盐酸腐蚀等)、氩离子轰击、加热退火等中的至少一种。