多鐵性納米材料的制備與結(jié)構(gòu)表征.pdf

1、人類社會步入信息化時代以來，信息數(shù)據(jù)量以指數(shù)倍增長，要求現(xiàn)在的存儲器設(shè)備要具有高密度、低功耗、易攜帶和多功能等的特點。多鐵性材料可以同時具備極化和磁化兩種鐵性，可以實現(xiàn)多態(tài)存儲器。而現(xiàn)有的鐵電存儲器和鐵磁存儲器都存在各自的缺陷，通過磁電耦合效應(yīng)制備的新型多鐵存儲器，可以解決現(xiàn)有的鐵電與鐵磁存儲器中存在的問題，滿足未來存儲器的要求，從而引起了大家的廣泛關(guān)注。但由于單相多鐵性材料在室溫下很難存在強的磁電耦合效應(yīng)，目前學術(shù)界主要關(guān)注磁電復(fù)合材

2、料。現(xiàn)存的磁電復(fù)合材料復(fù)合的形式主要有兩種形式：2-2結(jié)構(gòu)多層異質(zhì)薄膜和1-3結(jié)構(gòu)的垂直異質(zhì)薄膜。2-2結(jié)構(gòu)由于受到襯底鉗制的作用，磁電耦合效率較小。1-3結(jié)構(gòu)具有小的長寬比，解決了襯底鉗制作用，但1-3結(jié)構(gòu)的生長過程屬于自組裝的生長，薄膜的制備還存在較多問題。本文針對上述問題通過兩種不同的研究思路分別從材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)制備了新型的磁電耦合結(jié)構(gòu)并對其相關(guān)特性做了表征。
　?。?）針對2-2結(jié)構(gòu)存在的問題，通過轉(zhuǎn)移方式，在Si襯底

3、上制備了新型結(jié)構(gòu)的多鐵單晶CFO-BTO納米復(fù)合薄膜，減小了襯底鉗制的作用。
　　對比研究了c面藍寶石和STO襯底上外延生長MgO薄膜，發(fā)現(xiàn)相對與c面藍寶石上外延的（111）面MgO薄膜，STO上生長的（001）面MgO薄膜表面較為平坦，所以選擇在STO上外延生長的（001）面MgO薄膜作為后續(xù)薄膜的緩沖層。然后在MgO薄膜上繼續(xù)沉積上（004）面CFO薄膜，其RMS僅為0.19nm。再通過腐蝕MgO薄膜，將單晶的CFO薄膜轉(zhuǎn)移到

4、Si襯底上。轉(zhuǎn)移的單晶CFO可低至2nm，且表面平坦，從而為制備新型準二維功能氧化物薄膜提供了一種有效的實驗參考思路。后續(xù)研究還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移后的單晶（004）面CFO薄膜受到襯底的影響減小。在CFO/Si結(jié)構(gòu)上外延（200）面BTO薄膜，改變BTO的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)CFO薄膜的磁性發(fā)生改變，說明新型BTO/CFO/Si結(jié)構(gòu)具有磁電耦合特性。本文通過這個簡單有效方式，實現(xiàn)了在Si上制備多鐵單晶磁電材料的想法。
　　（2）針對1-3結(jié)構(gòu)的復(fù)

5、合材料，本文使用PLD加借助AAO模板，制備了高度有序核殼的多鐵CFO-BFO納米復(fù)合陣列。通過改變AAO模板孔徑的大小，研究了CFO-BFO納米復(fù)合陣列的生長過程及其磁電特性。
　　通過對原先（002）面STO襯底的處理，得到具有原子級臺階的STO襯底，再通過改變氧化條件，制備不同尺寸大小的多孔納米復(fù)合掩模（AAO），結(jié)合襯底轉(zhuǎn)移和PLD得到CFO-BFO納米復(fù)合陣列。發(fā)現(xiàn)在不同AAO約束下，復(fù)合結(jié)構(gòu)的形貌是完全不同。在使用磷酸

6、-AAO模板時，納米島表面形貌是一些納米柱結(jié)構(gòu)，與1-3結(jié)構(gòu)相似。當AAO模板減小到70nm時，之前多個CFO納米柱逐漸融合成單一的納米柱，從而形成了核殼結(jié)構(gòu)的CFO-BFO納米復(fù)合結(jié)構(gòu)點陣。同時我們還通過 PFM技術(shù)研究CFO-BFO納米復(fù)合陣列的鐵電特性，發(fā)現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)的中心為CFO，邊緣為BFO基體。且CFO-BFO納米陣列之間存在一定的應(yīng)力引起的磁電耦合效應(yīng)。
　　本文通過制備新型的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，改善了傳統(tǒng)磁電耦合結(jié)構(gòu)存在的