鐵電-鐵磁異質(zhì)復(fù)合薄膜中界面應(yīng)力效應(yīng)研究.pdf

1、鐵電/鐵磁異質(zhì)復(fù)合材料因其巨大的應(yīng)用潛力而受到研究者的廣泛關(guān)注。此類材料不僅同時具有鐵電性和鐵磁性，而且還具有磁電耦合效應(yīng)，利用這一效應(yīng)，可以設(shè)計磁探測器、新功能存儲器、磁電馬達等多種新型器件。一般認為磁電耦合效應(yīng)的產(chǎn)生是由于復(fù)合體系中鐵電相與鐵磁相之間的應(yīng)力作用，但由于普通的復(fù)合體系（如固熔塊材復(fù)合體系、疊層復(fù)合體系等）中應(yīng)力情況復(fù)雜，因此目前的研究對復(fù)合磁電材料中應(yīng)力耦合的機理缺乏規(guī)律性的認識。然而在異質(zhì)外延復(fù)合磁電薄膜中，薄膜的取

2、向、厚度、界面粗糙度等都可以得到精確的控制，進而可以控制鐵電相與鐵磁相之間的應(yīng)力作用情況，這為研究復(fù)合磁電材料的應(yīng)力耦合機制奠定了基礎(chǔ)。
　　本文從研究BaTiO3/CoFe2O4雙層復(fù)合磁電薄膜的外延生長過程出發(fā)，采用原位反射式高能電子衍射（RHEED）與后位高分辨X射線衍射（XRD）結(jié)合的方法，對異質(zhì)外延復(fù)合磁電薄膜的界面應(yīng)力情況進行充分表征。在獲得復(fù)合薄膜中基本的應(yīng)力作用情況后，進一步對應(yīng)力引起的磁電性能變化進行研究。通過設(shè)

3、計厚度系列、層數(shù)系列的實驗，實現(xiàn)了利用結(jié)構(gòu)變化調(diào)制應(yīng)力變化，進而獲得較優(yōu)的鐵電、鐵磁性能。這一研究為進一步探索復(fù)合磁電材料的應(yīng)力耦合機制奠定了基礎(chǔ)。
　　在對BaTiO3/CoFe2O4雙層復(fù)合薄膜的生長過程、界面應(yīng)力情況和界面應(yīng)力效應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn)，第一層BaTiO3以層狀模式生長，在其上生長的CoFe2O4受到壓應(yīng)力作用，在40nm以內(nèi)主要以層狀-島狀模式生長，厚度進一步增加時，生長模式轉(zhuǎn)換為島狀生長模式。應(yīng)力釋放主要發(fā)生在生長

4、模式轉(zhuǎn)變階段。CoFe2O4對BaTiO3的張應(yīng)力隨著CoFe2O4厚度的增加而增大，增大的張應(yīng)力使BaTiO3的四方鐵電性下降，導(dǎo)致BaTiO3的Pr值下降，當CoFe2O4的厚度為120nm時，復(fù)合薄膜的2Pr值僅為3μC/cm2。磁電效應(yīng)研究表明，在靜態(tài)磁場作用下，BaTiO3/CoFe2O4復(fù)合薄膜的剩余極化值Pr值增大，增大的幅度隨磁場強度的增強而增大，并且當極化電壓達到5V時出現(xiàn)極大值。
　　在對多層系列Pb(Zr0.