多铁材料的动态磁特性调控机制研究

发布时间：2020-02-07 14:16

【摘要】：多铁性材料作为一种新型功能材料,具有两种或两种以上铁性,其中铁电(FE)和铁磁(FM)之间的相互耦合作用,产生出新的磁电效应(ME),迅速成为近年来的研究热点。这种新型多铁性磁电效应材料为可调微波器件小型化设计和电磁波智能吸收设计提供了新的方法,在可调微波器件、电磁波吸收领域具有广阔的应用前景。本论文以复合多铁性材料2-2型多铁异质结构为研究对象,针对2-2型多铁异质结构中电场调控铁磁共振频率单一的限制,围绕2-2型多铁异质结构铁磁共振带宽和共振频率幅值开展了一系列的研究工作。论文系统的讨论FeGaB单层连续薄膜、FeCoB/SiO_2/FeGaB三明治结构、FeCo B-SiO_2纳米颗粒膜与单晶压电基底复合结构的电场调控特性,提出了基于逆压电效应的磁应力各向异性对磁性材料磁性能调控的机制,并在此基础上,深入讨论了应力在三明治结构和纳米颗粒膜中的传递方式。同时,本文还进一步讨论了单相多铁性材料BiFeO_3的晶体结构和宏观磁性的变化,并提出了Y元素掺杂导致螺旋自旋磁结构被抑制,宏观磁性增强这一调控机制。全文主要内容和创新点如下:1.提出了单层连续FeGaB薄膜与单晶压电材料的2-2型多铁异质复合结构。通过电场对FeGaB薄膜磁性能调控的设计,利用压电基底71°和109°铁弹极化畴翻转导致的晶格畸变非易失性和可逆性,实现了在电场移除情况下多铁异质复合结构仍保持部分调控性能,并在反向电场作用下回复到初始状态的效果,进一步降低了能耗。2.提出了三明治结构FeCoB/SiO_2/FeGaB与单晶压电材料复合2-2型多层多铁异质结构。针对目前电场对铁磁共振频率调控单一的现状,利用FeCoB/SiO_2/FeGaB三明治结构中不同薄膜层杨氏模量的差异,提出了电场调控多层结构的应力传递方式,实现了电场对铁磁共振带宽的智能调控。3.提出了纳米颗粒膜FeCoB-SiO_2纳米颗粒膜与单晶压电材料2-2型多铁复合异质结构。针对电磁波吸收材料介电常数和磁导率不匹配的现状,利用压电基底在电场下应变响应方式,提出了电场调控纳米颗粒膜的应力传递方式,实现了在特定频率下电场对纳米颗粒膜铁磁共振频率幅值的调控,为调控电磁波吸收材料介电常数和磁导率提供新的方法。4.提出了Y元素掺杂单相多铁性材料BiFeO_3制备方法和宏观磁性增强调控机制。根据Bi_(1-x)Y_xFeO_3晶格参数的变化,建立了BiFeO_3的晶体结构与Y掺杂量的关系,并结合穆斯堡尔谱螺旋自旋磁结构特性,得出了Y元素掺杂BiFeO_3晶体内原子超精细场的变化规律和螺旋自旋磁结构的抑制,为增强BiFeO_3宏观磁电耦合效应提供了有效的方法。本文深入讨论了电场对2-2型多铁异质结构磁性能的调控,实现了磁性材料非易失性和可逆性、铁磁共振带宽、铁磁共振频率幅值的电场调控,并且进一步讨论了Y元素掺杂BiFeO_3的微波介电性和磁性变化机理,为多铁性材料在可调微波器件和电磁波吸收方面的应用奠定了基础,具有重要的意义。
【图文】：

物质,反压电效应,物理依据,压磁

图 1-1 物质中常见的铁性[2]多铁性材料意味着多种铁性共存，并且这些铁性相互影响，，出现新的效很大的应用价值[3]，如图 1-2 所示。如压电/反压电效应，是由铁电和铁弹耦合产生，为以力学和电学为基础的传感器提供了物理依据；压磁/磁致

相互作用,材料领域,杂志,国际

图 1-2 各种铁序之间的共存与相互作用[3]04 年左右《，Nature》和《Science》等国际顶级杂志先后发表了关于 T等为代表的单相多铁性材料和以 BaTiO3-CoFe2O4等为代表的复合多文[4-6]，引起了国内外学者的广泛关注。在材料领域颇具影响力的美
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34

【参考文献】