基于X射线磁圆二色技术的铁磁/铁电异质结电场调控磁性研究
发布时间：2021-07-19 18:59
上世纪八十年代以来,层间反铁磁耦合、巨磁电阻、隧穿磁电阻等物理现象的发现诞生了自旋电子学。该学科的研究和发展大大促进了磁性信息存储技术的进步。然而,传统的自旋电子学器件需要外磁场或是电流去调控铁磁层磁化强度,进而调控电子的自旋取向、注入、传输和检测。这无疑加大了器件小型化的难度并且带有很大的能量损耗,不利于人们日益增加的对高密度、高速读写、低能耗的要求。因此,需要找到更合适的磁化强度调控方式来实现这些需求。从物理机制的角度出发,磁电耦合效应是一个较好的选项。其将在自旋电子学领域、电子信息技术领域发挥越来越关键的作用。在理论方面,如果能够揭示良好性能对应的微观物理机理,将为我们设计和开发更多性能优异的磁电耦合材料体系。并为低能耗、非易失和高密度的信息存储器件提供非常有益的实验和理论基础。在本论文中,我们主要的研究对象为CoFeB/PMN-PT（011）异质结。探讨其在室温下的磁电耦合性能和相应的调控机理。我们在室温磁化状态下的CoFeB/PMN-PT（011）异质结中实现了非易失性的纯电场调控磁化强度,并在退磁化后的样品中实现了纯电场调控磁化方向180°的翻转。在机理上,对其做了原位电场...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１磁性分类＾①至⑤依次为：抗磁性、亚铁磁性、铁磁性、顺磁性、反铁磁性丨２１
?第１章绪论???Ｊｍｈ?ｚ，??产／??／?ｈ??．１?？０．￥?／０．５?１??ｔ?ｙ??Ｉ严’??少??－１??图１．２典型铁磁材料的磁滞回线??１．１．３磁性存储的发展现状??非易失性以及自发磁化是铁磁材料的重要特点，这对信息的储存很重要，特??别是在互联网计算机领域发挥了不可替代的作用［３－５］。尽管如此，由于人们对信??息存储密度日益增长的需求，磁性存储技术仍然有许多需要改进的地方。首先，??只有磁单元的尺寸越小，信息存储的密度才会越高。然而根据磁学的相关理论，??如果磁单元越小的话磁化状态会更加难以维持。这势必会导致记录信息的不稳定??性。从机理上看，当磁存储介质的单元尺寸小到一定极限的时候，室温下的热扰??动会引起自发退磁效应的超顺磁极限，进而导致信息的失效。所以，磁记录的密??度是不能无限扩大的。目前最常用的提高存储信息的稳定性或延长磁记录介质的??超顺磁极限的方法是增加磁记录层的矫顽常磁性材料的矫顽场越高，其磁化被??去磁效应干扰的难度越大，信息的存储就越稳定。然而，在另一方面，矫顽场越??高，记录过程中改变磁化强度需要的外部磁场越大，这就需要更高的写入能量。??因此目前磁性信息存储的发展趋势倾向于同时满足高密度存储、低能耗这两??个条件。需要科研人员去寻找更合适的材料体系和调控机制来攻克这些难题。??１．２多铁材料及磁电耦合效应??１．２．１多铁材料??如果两种（或两种以上）铁性，如铁电、铁磁、铁弹等同时存在于一个材料??体系里，那么这个材料被称为多铁材料。这里的“铁”不是金属铁单质或是铁离??３??
?第１章绪论???子。它是指由于材料中相邻的原子或离子相互作用以及某种物性的有序性而自发??形成的一种有规则的结构［７］。这个结构伴随着物理性能在某一区域有相同的取??向。由于铁性序的存在，铁性材料的物理性能参数会随着对应的外部场的变化而??变化，从而呈现出滞回特性，如图１．３所示。??Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?＼＼?＼Ａｊ?卜Ｈ?§??ｍａ??１?￣＾??????Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?＜－?ｖｌｘ?Ｊ?＾??——??ｒＶ??Ｆｅｒｒｏｔｏｒｏｉｄｉｃ?〇｜〇?Ｏ?Ｇ?＝，叫—，？??Ｆｅｒｒｏｅｌａｓｔｉｃ?＂?Ｖ、＇／?＋?ａＶ?＇．Ｖ．、：－ａ９??图１．３铁性材料畴翻转和铁性后滞回线问??依据２００９年Ｄ．?Ｋｈｏｍｓｋｉｉ的说法，可以根据铁性转变温度将单相多铁材料??分为Ｉ类多铁材料和ＩＩ类多铁材料［８］。在Ｉ类多铁材料中，铁电和铁磁产生机理??是不同的，并且临界转变温度也不同。ＩＩ类多铁材料是指材料中的铁电和铁磁的??有序温度是相同的。这是因为铁磁有序打破了反演对称从而直接催生了铁电性。??在这种情况下，两者的转变温度就是等同的。ＢｉＦｅ０３是典型的Ｉ类多铁材料。而??ＩＩ类多铁材料的代表之一是ＴｂＭｎ０３。除此之外，随着研宂的深入以及材料合成??技术的进步，科研人员研制开发了多相复合多铁材料体系。在图４中，根据铁??电、铁磁体的构型方式，可以将复合多铁材料进行分类。０－３型：颗粒复合结构。??２－２型：层状复合结构。１－３型：纤维复合结构。实际上，复合多铁材料的出现??才真正加强了多铁材料的相关性能，将其带入了技术应用的高度。??ｌｌｌｌｌｌｌｔｌ??Ｗ？０?！
【参考文献】：
期刊论文
[1]X射线反射法分析ZnO基薄膜的厚度、密度和表面粗糙度[J]. 徐光亮,赵德友,刘桂香. 理化检验(物理分册). 2010(12)
[2]同步辐射X射线磁二色性在自旋电子学研究中的应用[J]. 吴义政. 物理. 2010(06)
[3]X射线反射（XRR）对薄膜样品厚度的研究[J]. 于吉顺,陆琦,肖平,张锦化. 功能材料. 2008(02)
[4]太赫兹时域光谱技术[J]. 孟田华,赵国忠. 山西大同大学学报(自然科学版). 2007(06)
[5]电极对PZT铁电薄膜的微观结构和电性能的影响[J]. 杜文娟,陆维,郑萍,孟中岩. 功能材料与器件学报. 2004(03)
[6]磁记录技术的新发展[J]. 孙维平. 信息记录材料. 2004(01)
[7]脉冲激光沉积技术在磁性薄膜制备中的应用[J]. 邓联文,江建军,何华辉. 材料导报. 2003(02)
[8]超高密度磁存储的展望[J]. 马斌,沈德芳,狄国庆,杨正,魏福林. 功能材料与器件学报. 2001(02)
[9]X光磁圆二色谱及其应用[J]. 丁海峰,董国胜,金晓峰. 物理. 1998(10)
本文编号：3291249
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１磁性分类＾①至⑤依次为：抗磁性、亚铁磁性、铁磁性、顺磁性、反铁磁性丨２１
?第１章绪论???Ｊｍｈ?ｚ，??产／??／?ｈ??．１?？０．￥?／０．５?１??ｔ?ｙ??Ｉ严’??少??－１??图１．２典型铁磁材料的磁滞回线??１．１．３磁性存储的发展现状??非易失性以及自发磁化是铁磁材料的重要特点，这对信息的储存很重要，特??别是在互联网计算机领域发挥了不可替代的作用［３－５］。尽管如此，由于人们对信??息存储密度日益增长的需求，磁性存储技术仍然有许多需要改进的地方。首先，??只有磁单元的尺寸越小，信息存储的密度才会越高。然而根据磁学的相关理论，??如果磁单元越小的话磁化状态会更加难以维持。这势必会导致记录信息的不稳定??性。从机理上看，当磁存储介质的单元尺寸小到一定极限的时候，室温下的热扰??动会引起自发退磁效应的超顺磁极限，进而导致信息的失效。所以，磁记录的密??度是不能无限扩大的。目前最常用的提高存储信息的稳定性或延长磁记录介质的??超顺磁极限的方法是增加磁记录层的矫顽常磁性材料的矫顽场越高，其磁化被??去磁效应干扰的难度越大，信息的存储就越稳定。然而，在另一方面，矫顽场越??高，记录过程中改变磁化强度需要的外部磁场越大，这就需要更高的写入能量。??因此目前磁性信息存储的发展趋势倾向于同时满足高密度存储、低能耗这两??个条件。需要科研人员去寻找更合适的材料体系和调控机制来攻克这些难题。??１．２多铁材料及磁电耦合效应??１．２．１多铁材料??如果两种（或两种以上）铁性，如铁电、铁磁、铁弹等同时存在于一个材料??体系里，那么这个材料被称为多铁材料。这里的“铁”不是金属铁单质或是铁离??３??
?第１章绪论???子。它是指由于材料中相邻的原子或离子相互作用以及某种物性的有序性而自发??形成的一种有规则的结构［７］。这个结构伴随着物理性能在某一区域有相同的取??向。由于铁性序的存在，铁性材料的物理性能参数会随着对应的外部场的变化而??变化，从而呈现出滞回特性，如图１．３所示。??Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?＼＼?＼Ａｊ?卜Ｈ?§??ｍａ??１?￣＾??????Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?＜－?ｖｌｘ?Ｊ?＾??——??ｒＶ??Ｆｅｒｒｏｔｏｒｏｉｄｉｃ?〇｜〇?Ｏ?Ｇ?＝，叫—，？??Ｆｅｒｒｏｅｌａｓｔｉｃ?＂?Ｖ、＇／?＋?ａＶ?＇．Ｖ．、：－ａ９??图１．３铁性材料畴翻转和铁性后滞回线问??依据２００９年Ｄ．?Ｋｈｏｍｓｋｉｉ的说法，可以根据铁性转变温度将单相多铁材料??分为Ｉ类多铁材料和ＩＩ类多铁材料［８］。在Ｉ类多铁材料中，铁电和铁磁产生机理??是不同的，并且临界转变温度也不同。ＩＩ类多铁材料是指材料中的铁电和铁磁的??有序温度是相同的。这是因为铁磁有序打破了反演对称从而直接催生了铁电性。??在这种情况下，两者的转变温度就是等同的。ＢｉＦｅ０３是典型的Ｉ类多铁材料。而??ＩＩ类多铁材料的代表之一是ＴｂＭｎ０３。除此之外，随着研宂的深入以及材料合成??技术的进步，科研人员研制开发了多相复合多铁材料体系。在图４中，根据铁??电、铁磁体的构型方式，可以将复合多铁材料进行分类。０－３型：颗粒复合结构。??２－２型：层状复合结构。１－３型：纤维复合结构。实际上，复合多铁材料的出现??才真正加强了多铁材料的相关性能，将其带入了技术应用的高度。??ｌｌｌｌｌｌｌｔｌ??Ｗ？０?！
【参考文献】：
期刊论文
[1]X射线反射法分析ZnO基薄膜的厚度、密度和表面粗糙度[J]. 徐光亮,赵德友,刘桂香. 理化检验(物理分册). 2010(12)
[2]同步辐射X射线磁二色性在自旋电子学研究中的应用[J]. 吴义政. 物理. 2010(06)
[3]X射线反射（XRR）对薄膜样品厚度的研究[J]. 于吉顺,陆琦,肖平,张锦化. 功能材料. 2008(02)
[4]太赫兹时域光谱技术[J]. 孟田华,赵国忠. 山西大同大学学报(自然科学版). 2007(06)
[5]电极对PZT铁电薄膜的微观结构和电性能的影响[J]. 杜文娟,陆维,郑萍,孟中岩. 功能材料与器件学报. 2004(03)
[6]磁记录技术的新发展[J]. 孙维平. 信息记录材料. 2004(01)
[7]脉冲激光沉积技术在磁性薄膜制备中的应用[J]. 邓联文,江建军,何华辉. 材料导报. 2003(02)
[8]超高密度磁存储的展望[J]. 马斌,沈德芳,狄国庆,杨正,魏福林. 功能材料与器件学报. 2001(02)
[9]X光磁圆二色谱及其应用[J]. 丁海峰,董国胜,金晓峰. 物理. 1998(10)
本文编号：3291249
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3291249.html
