[发明专利]一种复合分子材料及其薄膜结构

摘要

本发明描述了一种钙钛类ABO3结构中的反铁磁分子材料(AFM)与钙钛类ABO结构中的四方相铁电分子材料(FET)复合的电子功能材料(AFF)，其化学和物理主要特征如下：复合的AFF可形成Bafm-O-Bfet结构键接，B位置元素具有变价特性，当与FET的A位置上主价位不相同的原子Afet相近时，发生变价，Bafm和Afet主价之和依然相等；同理，A位置元素具有变价特性，当与FET的B位置上主价位不相同的原子Bfet相近时，发生变价，Aafm和Bfet主价之和依然相等；这种结构在常温下，可以表现出很大的磁电阻变化，一定的抗磁性，以及低的热损耗。

主权项

一种钙钛类ABO结构中的反铁磁分子材料与钙钛类ABO结构中的四方相铁电分子材料复合的电子功能材料，以及这种复合材料的薄膜结构，其分子结构，化学和物理特征在于，分子结构和化学特征，在复合结构中，一个ABO结构的反铁磁分子结构(图1-1，或图1-2)中B位置的元素Bafm与一个ABO结构的四方相铁电分子(图1-3，或图1-4)B位置上的元素Bfet之间有同一个氧元素桥接，即形成Bafm-O-Bfet结构，并且Bafm-O-Bfet夹角的绝对值范围在180°-90°之间；在复合结构中，反铁磁分子与四方相铁电分子复合的相交面A位置的总价位等于该相交面反铁磁分子A位置的原来总价位加上四方相铁电分子的A位置原来总价位的之和除以2；在复合结构中，复合分子依然保持着反铁磁分子氧八面体结构和四方相铁电分子氧八面体结构(图1-5)；在复合结构中，反铁磁分子中B位置的元素Bafm具有变价特性，当Bafm主价位元素与四方相铁电分子的A位置上主价位不相同的元素Afet相近时，可发生变价，其总的主价之和，即Bafm和Afet主价位之和与原来Bafm和Aafm主价位之和相等；在复合结构中，四方相铁电分子中B位置的元素Bfet具有变价特性，当Bfet主价位元素与反铁磁分子A位置上主价位不相同的元素Aafm相近时，可发生变价，其总的主价之和，即Bfet和Aafm主价位之和与原来Bfet和Afet主价位之和相等；在复合结构中，反铁磁分子中A位置的元素Aafm具有变价特性，当Aafm主价位元素与四方相铁电分子B位置上主价位不相同的元素Bfet相近时，可发生变价，其总的主价位之和，即Aafm和Bfet主价之和与原来Bafm和Aafm主价位之和相等；在复合结构中，四方相铁电分子A位置的元素Afet具有变价特性，当Afet主价位元素与反铁磁分子的B位置上主价位不相同的元素Bafm相近时，可发生变价，其总的主价位之和，即Afet和Bafm主价之和与原来Bfet和Afet主价位之和相等；在复合结构中，在钙钛类ABO结构改变反铁磁部分A位置的元素Aafm半径，或A位置两种以上元素组合可以提高或降低奈尔温度；在复合结构中，在钙钛类ABO结构改变四方相铁电部分A位置的元素Afet半径，或A位置两种以上元素组合可以提高或降低居里温度；在复合结构中，由于复合结构的反铁磁结构部分和铁电结构部分可以通过调整A位置的元素，提高或降低各自发生相变的温度区间上限，同时复合分子之间，复合分子与绝缘体和电极之间的密度所形成的压力条件，也可以提高或降低复合分子整体的的温度区间上限至常温甚至更高；物理特征，复合分子至少包括单晶(图2-1)、多晶(图2-2)、包裹多晶(图2-3)、包裹缺陷性多晶(图2-4)的其中一种，与功能性绝缘体组成电介质薄膜材料，其中多晶(图2-2)中反铁磁结构部分与铁电结构部分沿电场箭头方向的排列不分上下次序；主要由复合分子组成的电介质薄膜，电极和满足结构要求的绝缘体组成应用系统单元(图3)，当满足以下条件时，在复合结构工作温区内，即满足反铁磁部分在奈尔温度以下，四方相铁电部分在居里温度以下；满足通过电极，在外部电场的正和反方向对电介质薄膜的作用，其电极与电介质薄膜之间的有效厚度在0.1-10μm距离；满足电场方向上，复合分子晶胞-绝缘体-复合分子晶胞组成的结构下，其等效电阻小于周边绝缘材料的等效电阻时，其中该结构下，绝缘单层有效厚度在0.001-10nm范围，满足电子隧穿要求；或满足电场方向上，复合分子晶胞-金属氧化体-绝缘体-复合分子晶胞组成的结构下，其等效电阻小于周边绝缘材料的等效电阻时，其中该结构下，金属氧化体单层有效厚度在1-10nm范围，绝缘单层有效厚度在1-10nm范围，满足电子隧穿要求；满足元素变价导致的电子跃动条件；满足反铁磁部分和四方相铁电部分的Bafm-O-Bfet结构连接；满足复合分子温度从温区相变以上高点开始缓慢下降到时复合分子温区时，首次外加电场的方向确定为反铁磁结构部分磁电阻的开状态，而此时反向电场的方向确定为反铁磁结构部分磁电阻的关状态。四方相铁电分子可以诱导反铁磁分子结构发生相同方向上的极化，反铁磁分子ABO结构的跟随极化将导致反铁磁分子转变为铁磁状态，并产生很大的磁电阻下降现象，即表现为磁电阻的开状态；在外部电场的反方向作用下，四方相铁电分子可以反方向诱导反铁磁分子结构发生相同方向上的极化，反铁磁分子ABO结构的跟随极化将导致在铁磁状态下的分子转变为反铁磁状态，并产生很大的磁电阻上升现象，呈现磁电阻的关状态；在复合分子磁电阻的关状态下，呈现的反铁磁状态，可将外部磁力线排斥在反铁磁体外部，具有一定抗磁性；在对外部绝热和绝磁的关闭条件下，当完成一个完整的反铁磁和铁磁状态发生过程时，呈现出一种低热损耗，很大磁电阻变化率，以及一定条件下的抗磁性，表现出类超导体特性的功能。