PVDF/Fe界面电控磁性的第一性原理计算

发布时间：2021-01-17 10:15

　　利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了PVDF/Fe界面的磁晶各向异性能（MAE）,发现PVDF的铁电极矩可以灵活地调控异质结的磁晶各向异性能。特别地,通过巧妙地设计界面结构产生界面磁电效应,铁电极化反转可以使铁磁金属Fe层的磁化易轴实现从面内到面外的90°翻转,为电场控制的磁存储器提供了一种新的替代方法。 

【文章来源】：功能材料. 2017,48(08)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

图１基于ＰＶＤＦ的柔性可穿戴磁存储器Ｆｉｇ１ＰＶＤＦ－ｂａｓｅｄｆｌｅｘｉｂｌｅｗｅａｒａｂｌｅｍａｇｎｅｔｉｃｍｅｍｏ－ｒｙ

００］方向时大很多，故将ＭＡＥ定义为磁矩沿［１００］方向和［００１］方向的体系能量差，正的ＭＡＥ代表磁化易轴沿［００１］方向。Ｋ点密度达到１６×４８×１时ＭＡＥ取得收敛。计算得到自由Ｆｅ／Ｃｕ／Ａｇ层的ＭＡＥ为０．００８ｅｒｇ／ｃｍ２，如此小的数值使得它非常容易被铁电极化调控。２结果和讨论计算结果表明，ＰＶＤＦ／Ｆｅ界面上的固有电场和外加电场对Ｆｅ层具有相似的作用［２３］，即便固有电场不如外加电场那样均匀。图３表示出ＰＶＤＦ铁电极化在Ｆｅ／Ｃｕ／Ａｇ表面诱导出的电荷密度（即用ＰＶＤＦ／Ｆｅ／Ｃｕ／Ａｇ异质结的电荷密度减去单独ＰＶＤＦ层和单独Ｆｅ／Ｃｕ／Ａｇ层的电荷密度），图３中－１对应电子减少，１对应电子增多。由图３（ａ）和（ｂ）可以看出，铁电体ＰＶＤＦ诱导出了符号相反的电荷密度。图３极化诱导的电荷密度（归一化）Ｆｉｇ３Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄｃｈａｒｇｅｄｅｎｓｉｔｙ（ｉｎａｒｂｉｔｒａｒ－ｙｕｎｉｔ）ａｔＦｅ：ＦｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄＦｅ：ＨｉｎｔｅｒｆａｃｅＰＶＤＦ沿不同极化方向时Ｆｅ原子的磁矩和体系的ＭＡＥ如表２所示。从表２可以看到，铁电极化从０８２１８２０１７年第８期（４８）卷

｜ｌｚ｜ｄｙｚ〉，ｌｘ对应〈ｄｚ２｜ｌｘ｜ｄｙｚ〉和〈ｄｘ２－ｙ２｜ｌｘ｜ｄｙｚ〉。ｄｙｚ占据数减小，非占据数增加，ｌｚ和ｌｘ两矩阵同时增加。而〈ｄｚ２｜ｌｘ｜ｄｙｚ〉的模量为〈ｄｘｚ｜ｌｚ｜ｄｙｚ〉模量的槡３倍，ｄｚ２轨道占据的增加使〈ｄｚ２｜ｌｘ｜ｄｙｚ〉增加更大。最终导致〈ｏ｜ｌｚ｜ｕ〉２－〈ｏ｜ｌｘ｜ｕ〉２减小，ＭＡＥ跟着减校图４ＰＶＤＦ／Ｆｅ界面Ｆｅ原子３ｄ轨道态密度图Ｆｉｇ４ＰＤＯＳｏｆｔｈｅ３ｄｏｒｂｉｔａｌｓｏｆｔｈｅＦｅａｔｏｍａｔｔｈｅＰＶＤＦ／Ｆｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ３结论通过第一性原理计算，揭示了ＰＶＤＦ／Ｆｅ／Ｃｕ／Ａｇ异质结中的界面磁电效应。研究发现，Ｆｅ层的磁晶各向异性可以被ＰＶＤＦ的铁电极矩灵活地调控。通过巧妙地设计界面结构，可以将磁化易轴从平行于界面的［１００］方向翻转到垂直于界面的［００１］，而这两个方向分别代表传统存储中的“１”和“０”，由此实现了铁电控制的磁性存储。ＰＶＤＦ类似“有机塑料”，将使未来铁电控制的磁存储器轻便可折，穿戴于人类身上。致谢：感谢华东师范大学方跃文博士在图片制作方面的帮助，感谢西安通信学院刘向阳老师的有益讨论。参考文献：［１］ＦｉｅｂｉｇＭ．Ｒｅｖｉｖａｌｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｅｆｆｅｃｔ［Ｊ］．ＪＰｈｙｓＤ：ＡｐｐｌＰｈｙｓ，２００５，３８：１２３－１５２．［２］ＤｕａｎＣｈｕｎｇａｎｇ．Ｐｒｏｇｒ

【参考文献】：
期刊论文
[1]磁电效应研究进展[J]. 段纯刚.  物理学进展. 2009(03)



本文编号：2982679