多鐵復合材料的磁電耦合及電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng).pdf

1、隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的存儲模式不斷遇到各類新技術(shù)和新材料的沖擊。存儲器件的小型化、多功能化是其設(shè)計和開發(fā)的大勢所趨。因此，對同時具有磁極化和電極化、并可實現(xiàn)磁電相互調(diào)控的多鐵性材料的研究成為信息存儲技術(shù)日趨提升的需要，該類材料將為下一代多功能電子學信息記錄器件的設(shè)計提供一個額外的自由度，大大拓寬鐵性材料的應(yīng)用范圍，因而具有重要的科學意義和應(yīng)用前景。由于鐵磁和鐵電性的對稱性以及電子軌道填充規(guī)則在一定程度上的相互制約，天然的單相多鐵

2、性材料比較稀少且室溫磁電耦合較弱，而復合材料則完全不受這些限制，可以方便的實現(xiàn)電/磁極化的共存，在實用化的方面比起單相材料優(yōu)勢十分明顯。雖然人們已在復合多鐵材料相關(guān)領(lǐng)域開展了一些工作，但是在該體系中還存在一些亟待解決的問題，比如其中的能量損耗機制如何影響磁電性能，并且該類材料中的磁電耦合效應(yīng)和磁介電效應(yīng)的相互關(guān)系也并不十分明確。
　　 針對上述問題，本論文主要研究了復合塊體和薄膜材料的磁電耦合、磁介電效應(yīng)以及多態(tài)電阻轉(zhuǎn)換性能，討

3、論了磁電耦合和磁介電性能的內(nèi)在影響因素，初步探索了電阻轉(zhuǎn)換相關(guān)新型存儲器件的設(shè)計。論文內(nèi)容共分為五章，每章的主要內(nèi)容分別概括如下：
　　 第一章主要綜述了復合多鐵塊材和薄膜材料中的磁電耦合、磁介電效應(yīng)以及電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng)等方面的研究進展，并詳細介紹了每種效應(yīng)可能的產(chǎn)生機理以及可能的優(yōu)化手段。
　　 第二章我們研究了Terfenol-D/PbZr0.52Ti0.48O3/Terfenol-D層狀復合材料的磁電耦合效應(yīng)和能量損耗

4、行為。準靜態(tài)頻率下的磁電耦合系數(shù)最大為1Vcm-1Oe-1，諧振頻率附近更是高達約23Vcm-1Oe-1。通過對諧振磁電耦合系數(shù)頻率譜的詳細分析，發(fā)現(xiàn)體系中的能量損耗隨直流磁場的增加先增加再減小，在500Oe達到最大值。綜合考慮各類能量損耗機制得出，Terfenol-D的磁機械損耗對總損耗的貢獻最大。在磁場和界面?zhèn)鬟f應(yīng)力的共同作用下，Terfenol-D磁疇發(fā)生不可逆運動導致了磁能與機械能的轉(zhuǎn)換和耗散。
　　 第三章針對PZT和

5、Terfenol-D組成的層狀結(jié)構(gòu)材料在其共振頻率附近的介電性能在磁場作用下的變化進行了研究。我們不但實現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的巨大磁介電效應(yīng)，而且還發(fā)展出更準確描述諧振頻率附近磁介電效應(yīng)的定義和方法(MDEM)，在室溫下諧振頻率處的MDEM可達15％。結(jié)果表明，介電常數(shù)變化與磁場作用下磁致伸縮層Terfenol-D中磁疇運動導致的機械能量損耗相關(guān)。通過對材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化降低了諧振發(fā)生的頻率，有效避免了過高工作頻率時Terfenol-D中的渦流損

6、耗。此外，通過研究交流磁場和直流磁場同時存在時的磁介電效應(yīng)，成功地將復合材料中的磁介電效應(yīng)和磁電耦合效應(yīng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)了通過磁介電效應(yīng)對磁電耦合效應(yīng)的表征。
　　 第四章中，研究了多鐵復合薄膜中BiFe0.95Mn0.05O3/La0.62Ca0.38MnO3單極性電阻轉(zhuǎn)換(URS)和雙極性電阻轉(zhuǎn)換(BRS)行為。結(jié)果表明，URS的開關(guān)比高達3個量級，保持性能良好，其機制可能與傳導絲相關(guān)；而BRS是由鐵電極化對不對稱電極處界面勢

7、壘調(diào)的控引起的。當傳導絲形成后，鐵電極化方向基本無法翻轉(zhuǎn)。通過選取合適操作電壓、脈沖時間等條件，我們成功的將兩種電阻轉(zhuǎn)換相復合，實現(xiàn)了具有三重阻態(tài)的電阻轉(zhuǎn)換行為，有助于提高相關(guān)器件的存儲密度。根據(jù)這種新穎而獨特的電阻轉(zhuǎn)換效應(yīng)，設(shè)計了具有信息保密存儲功能的原型器件。
　　 第五章研究了PbZr0.52Ti0.48O3/La0.62Ca0.38MnO3(PZT/LCMO)薄膜中的磁介電和磁電耦合效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在LCMO居里溫度(Tc～2