[发明专利]一种基于铜铁氧体的多铁异质结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于铜铁氧体的多铁异质结构，包含铁电单晶衬底和该衬底下的金属电极、衬底上外延生长的SrRuOsubgt;3/subgt;电极，以及在SrRuOsubgt;3/subgt;/铁电单晶外延生长的铜铁氧体薄膜。制备方法，包括以下步骤：步骤1：选取钙钛矿型SrRuOsubgt;3/subgt;陶瓷块体，在铁电单晶衬底上沉积一层外延的SrRuOsubgt;3/subgt;电极；步骤2：选取尖晶石型铜铁氧体陶瓷块体为靶材，在SrRuOsubgt;3/subgt;/铁电单晶衬底上沉积一层外延铜铁氧体薄膜；步骤3：采用磁控溅射法将金属电极溅射在铁电单晶底部。本发明在室温下通过控制纵向施加的直流电场强度，使铁电单晶衬底产生逆压电效应，引入面内拉伸或压缩应变，导致不同区域的磁化方向重新取向以及磁化强度出现变化，从而改变薄膜的磁畴，实现对该多铁复合材料磁性的调控。

技术领域

本发明涉及电子元件材料技术领域，尤其涉及一种基于铜铁氧体的多铁异质结构及其制备方法。

背景技术

随着现代信息时代的快速发展，高存储密度、快速读写和超低功耗的高性能储存器成为信息时代发展的迫切需要，因此成为研究者们关注的热点。信息存储依赖于磁性材料，研究者们发现通过电场调控磁性能够有效降低功耗，在未来低功耗多功能器件等方面具有巨大的潜在应用前景。

在多铁性材料体系中，同时具备铁磁性和铁电性的单相化合物称为单相多铁性材料。目前研究较多的一类单相多铁性材料主要是菱方BiFeO₃。但由于天然的单相多铁性材料较为稀少，且磁电耦合效应弱，因此研究者们尝试了引入磁性离子、掺杂稀土元素等多种方法来增强多铁材料的磁电耦合系数。

虽然人们一直在努力提高单相多铁性材料的磁电效应，但是单相磁电材料随着温度升高性能很快下降，使用时容易老化，且制备时成本较高。后来人们又发现合理设计和利用铁磁/铁电多铁异质结构并利用电场调控磁性使铁磁材料发生了奇妙的磁性耦合，为研究磁电耦合注入了新的活力。在众多铁电材料中，研究者们发现新型弛豫铁电单晶(1-x)PbMg_1/3Nb_2/3O₃-xPbTiO₃(PMN-PT)等具有良好的压电性能和大的压电系数从而被广泛用于复合多铁异质结构中。

因此本发明从另一角度开展新一类材料的研究，它同时包含铁磁相、铁电相的复合异质结构体系，下层为铁电单晶衬底，上层为铁氧体薄膜，通过外加电场使铁电相的应变性能变化从而对铁磁相得到有效的调控，能够实现对铁磁材料非易失的调控。该材料能够打破对称性和低温对于材料的条件限制而获得室温下大的磁电耦合效应。在微型磁场传感器、电磁调谐微波器件以及新型信息记录存储器等方面有着广阔的应用前景。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中单相磁电材料随着温度升高性能很快下降，使用时容易老化，且制备时成本较高的问题，而提出的一种基于铜铁氧体的多铁异质结构及其制备方法。

2.技术方案

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于铜铁氧体的多铁异质结构，包含铁电单晶衬底和该衬底下的金属电极、衬底上外延生长的SrRuO₃电极，以及在SrRuO₃/铁电单晶外延生长的铜铁氧体薄膜。

优选地，所述铁电单晶衬底包含(1-x)PbMg_1/3Nb_2/3O₃-xPbTiO₃、(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃–xPbTiO₃中的任一种。

优选地，所述铁电单晶衬底背面镀有金属电极，所述金属电极包含金、银和铂中的任一种。