Fe3O4-BiFeO3外延磁電復(fù)合薄膜的各向異性磁電效應(yīng).pdf

1、多鐵性材料是一種兼具磁性與鐵電性的新型多功能材料。利用多鐵性材料與自旋極化材料的復(fù)合，人們可以實現(xiàn)電場對材料自旋電子學(xué)性質(zhì)的調(diào)控，具有重要的應(yīng)用價值。作為 I型多鐵性材料的代表，BiFeO3具有多種晶體結(jié)構(gòu)以及豐富的磁、電性質(zhì)。若實現(xiàn)半金屬磁性氧化物Fe3O4與BiFeO3的外延復(fù)合，界面處將存在更加豐富的耦合效應(yīng)。我們利用射頻濺射和對向靶直流反應(yīng)濺射法制備了外延BiFeO3及Fe3O4/BiFeO3復(fù)合薄膜，并對其微觀結(jié)構(gòu)、磁性及輸運

2、性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究。
　　在SrTiO3(100)、(111)和LaAlO3(100)基底上制備的外延BiFeO3薄膜分別具有三方相(Rhombohedral phase,R phase)和四方相(Tetragonal phase,T phase)結(jié)構(gòu)。適度降低基底溫度和沉積速率有利于Fe3O4薄膜在BiFeO3表面的外延生長。BiFeO3成膜遵循島狀生長模式，表面粗糙度隨著薄膜厚度的增加先增大后減小。
　　外延 Fe3O4

3、/BiFeO3復(fù)合薄膜的飽和磁化強度隨鐵磁層厚度的減小呈反比例增大，表現(xiàn)出明顯的界面耦合特征。在外延 Fe3O4/BiFeO3復(fù)合薄膜中，交換偏置效應(yīng)隨測量溫度的升高逐漸減弱，并在100 K附近消失。耦合效應(yīng)主要來自[Fe2O4]/[FeO2]界面處的Fe?O?Fe超交換作用。隨著測量溫度的升高，熱激活效應(yīng)逐漸抵消超交換作用對界面磁矩的釘扎，交換偏置場（H EB)逐漸減小。
　　外延 Fe3O4/BiFeO3復(fù)合薄膜的磁電阻曲線在

4、低場下的雙峰與矯頑力相對應(yīng)。由于自旋散射受到界面釘扎效應(yīng)的影響，曲線峰值及峰位均表現(xiàn)出不對稱性，并隨著測量溫度的降低而顯著。隨著測量磁場的增大，各向異性磁電阻中的單向各向異性逐漸增強。我們認為，這是由于高場下釘扎方向附近的磁矩扭轉(zhuǎn)程度增大，對載流子形成更加明顯的散射效應(yīng)。AMR擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，交換耦合作用導(dǎo)致界面的反鐵磁剩余磁矩隨磁化過程逐漸接近鐵磁層易磁化方向。
　　T相外延Fe3O4/BiFeO3復(fù)合薄膜比R相外延復(fù)合薄膜具有更