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Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性

李永超 周航 潘丹峰 张浩 万建国

Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性

李永超, 周航, 潘丹峰, 张浩, 万建国
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  • 本文采用溶胶-凝胶工艺并结合脉冲激光沉积技术, 在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜. 对复合薄膜的微结构和组分进行了表征, 并系统研究了复合薄膜中的交换偏置效应及其对磁电耦合作用的影响. 研究结果表明, 复合薄膜在77 K具有明显的交换偏置效应, 交换偏置场达到80 Oe, 且交换偏置场及矫顽场均随温度降低而增大. 当温度降低到10 K时, 交换偏置场增至160 Oe. X射线光电子能谱(XPS)测试结果证实在Co和Co3O4界面处存在约5 nm厚的CoO层, 表明77 K下的交换偏置效应源自反铁磁的CoO层对Co的钉扎作用. 观察到复合薄膜的电容-温度曲线随着外加磁场大小和方向的改变而呈现出规律性的变化, 表明复合薄膜存在磁电耦合效应. 进一步研究发现, 在低温下复合薄膜呈现出各向异性的磁电容效应, 与磁场大小和方向密切相关. 复合薄膜的这种磁电耦合特性主要与复合体系的交换偏置效应及基于界面应力传递的磁电耦合作用有关, 本文对其中的物理机理进行了详细讨论与分析.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2015CB921203)、国家自然科学基金(批准号: 51472113, 11134005)和宁夏高等学校科学研究项目(批准号: NGY2013105)资助的课题.
    [1]

    Wang J, Neaton J B, Zheng H, Nagarajan V, Ogale S B, Liu B, Viehland D, Vaithyanathan V, Schlom D G, Waghmare U V, Spaldin N A, Rabe K M, Wutting M, Ramesh R 2003 Science 299 1719

    [2]

    Kimura T, Goto T, Shintani H, Ishizaka K, Arima T, Tokura Y 2003 Nature 426 55

    [3]

    Spaldin N A, Fiebig M 2005 Science 309 391

    [4]

    Eerenstein W, Mathur N D, Scott J F 2006 Nature 442 759

    [5]

    Ramesh R, Spaldin N A 2007 Nat. Mater. 6 21

    [6]

    Nan C W, Bichurin M I, Dong S X, Viehland D, Srinivasan G 2008 J. Appl. Phys. 103 031101

    [7]

    Wang K F, Liu J M, Ren Z F 2009 Adv. Phys. 58 321

    [8]

    Hill N A 2000 J. Phys. Chem. B 104 6694

    [9]

    Bibes M, Barthélémy A 2008 Nat. Mater. 7 425

    [10]

    Ma J, Hu J M, Li Z, Nan C W 2011 Adv. Mater. 23 1062

    [11]

    Radaelli G, Petti D, Plekhanov E, Fina I, Torelli P, Salles B R, Cantoni M, Rinaldi C, Gutiérrez D, Panaccione G, Varela M, Picozzi S, Fontcuberta J, Bertacco R 2014 Nat. Commun. 5 3404

    [12]

    Lu X L, Kim Y, Goetze S, Li X G, Dong S N, Warner P, Alexe M, Hesse D 2011 Nano Lett. 11 3202

    [13]

    Cherifi R O, Ivanovskaya V, Phillips L C, Zobelli A, Infante I C, Jacquet E, Garcia V, Fusil S, Briddon P R, Guiblin N, Mougin A, nal A A, Kronast F, Valencia S, Dkhil B, Barthélémy A, Bibes M 2014 Nat. Mater. 13 345

    [14]

    Wan J G, Wang X W, Wu Y J, Zeng M, Wang Y, Jiang H, Zhou W Q, Wang G H, Liu J M 2005 Appl. Pys. Lett. 86 122501

    [15]

    Chen B, Li Y C, Wang J Y, Wan J G, Liu J M 2014 J. Appl. Phys. 115 044102

    [16]

    Meiklejohn W H, Bean C P 1956 Phys. Rev. 102 1413

    [17]

    Meiklejohn W H, Bean C P 1957 Phys. Rev. 105 904

    [18]

    Qu T L, Zhao Y G, Yu P, Zhao H C, Zhang S, Yang L F 2014 Appl. Pys. Lett. 100 242410

    [19]

    Lage E, Kirchhof C, Hrkac V, Kienle L, Jahns R, Knöchel R, Quandt E, Meyners D 2012 Nat. Mater. 11 523

    [20]

    Fan Y, Smith K J, Lpke G, Hanbicki A T, Goswami R, Li C H, Zhao H B, Jonker B T 2013 Nat. Nanotech. 8 438

    [21]

    Nogués J, Schuller K 1999 J. Magn. Magn. Mater. 192 203

    [22]

    Przybylshi K, Smeltzer W W 1981 J. Electrochem. Soc. 128 897

    [23]

    Wang Y X, Zhang Y J, Gao Y M, Lu M, Yang J H 2008 J. Alloys. Compd. 450 128

    [24]

    Vaz C A, Altman E I, Henrich V E 2010 Phys. Rev. B 81 104428

    [25]

    Yu G H, Chai C L, Zhu F W, Xiao J M, Lai W Y 2001 Appl. Pys. Lett. 78 1706

    [26]

    Wang S G, Huan G, Yu G H, Jiang Y, Wang C, Kohn A, Ward R C C 2007 J. Magn. Magn. Mater. 310 1935

    [27]

    Wang S G, Ward R C C, Hesjedal T, Zhang X G, Wang C, Kohn A, Ma Q L, Zhang J, Liu H F, Han X F 2012 J. Nanosci. Nanotechnol. 12 1006

    [28]

    Miltényi P, Gierlings M, Keller J, Beschoten B, Gntherodt G 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4224

    [29]

    Zhou S M, Sun L, Searon P C, Chien C L 2004 Phys. Rev. B 69 024408

    [30]

    Hong J, Leo T, Smith D J, Berkowitz A E 2006 Phys. Rev. Lett. 96 117204

    [31]

    Kim W, Oh S J, Nahm T U 2002 Sci. Rev. Lett. 9 931

    [32]

    Chuang T J, Brundle C R, Rice D W 1976 Sur. Sci. 59 423

    [33]

    Petitto S C, Langell M A 2004 J. Vac. Sci. Technol. A 22 1690

    [34]

    Martienssen W, Warlimont H 2005 Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data (Berlin:Springer Berlin Heidelberg) p916

    [35]

    Bouzid A, Bourim E M, Gabbay M, Fantozzi G 2005 J. Eur. Ceram. Soc. 25 3213

    [36]

    Iliev M, Angelov S, Kostadinov I Z, Bojchev V, Hadjiev V 1982 Phys. Stat. Sol. 71 627

    [37]

    Lee E W 1955 Rep. Prog. Phys.. 18 184

  • [1]

    Wang J, Neaton J B, Zheng H, Nagarajan V, Ogale S B, Liu B, Viehland D, Vaithyanathan V, Schlom D G, Waghmare U V, Spaldin N A, Rabe K M, Wutting M, Ramesh R 2003 Science 299 1719

    [2]

    Kimura T, Goto T, Shintani H, Ishizaka K, Arima T, Tokura Y 2003 Nature 426 55

    [3]

    Spaldin N A, Fiebig M 2005 Science 309 391

    [4]

    Eerenstein W, Mathur N D, Scott J F 2006 Nature 442 759

    [5]

    Ramesh R, Spaldin N A 2007 Nat. Mater. 6 21

    [6]

    Nan C W, Bichurin M I, Dong S X, Viehland D, Srinivasan G 2008 J. Appl. Phys. 103 031101

    [7]

    Wang K F, Liu J M, Ren Z F 2009 Adv. Phys. 58 321

    [8]

    Hill N A 2000 J. Phys. Chem. B 104 6694

    [9]

    Bibes M, Barthélémy A 2008 Nat. Mater. 7 425

    [10]

    Ma J, Hu J M, Li Z, Nan C W 2011 Adv. Mater. 23 1062

    [11]

    Radaelli G, Petti D, Plekhanov E, Fina I, Torelli P, Salles B R, Cantoni M, Rinaldi C, Gutiérrez D, Panaccione G, Varela M, Picozzi S, Fontcuberta J, Bertacco R 2014 Nat. Commun. 5 3404

    [12]

    Lu X L, Kim Y, Goetze S, Li X G, Dong S N, Warner P, Alexe M, Hesse D 2011 Nano Lett. 11 3202

    [13]

    Cherifi R O, Ivanovskaya V, Phillips L C, Zobelli A, Infante I C, Jacquet E, Garcia V, Fusil S, Briddon P R, Guiblin N, Mougin A, nal A A, Kronast F, Valencia S, Dkhil B, Barthélémy A, Bibes M 2014 Nat. Mater. 13 345

    [14]

    Wan J G, Wang X W, Wu Y J, Zeng M, Wang Y, Jiang H, Zhou W Q, Wang G H, Liu J M 2005 Appl. Pys. Lett. 86 122501

    [15]

    Chen B, Li Y C, Wang J Y, Wan J G, Liu J M 2014 J. Appl. Phys. 115 044102

    [16]

    Meiklejohn W H, Bean C P 1956 Phys. Rev. 102 1413

    [17]

    Meiklejohn W H, Bean C P 1957 Phys. Rev. 105 904

    [18]

    Qu T L, Zhao Y G, Yu P, Zhao H C, Zhang S, Yang L F 2014 Appl. Pys. Lett. 100 242410

    [19]

    Lage E, Kirchhof C, Hrkac V, Kienle L, Jahns R, Knöchel R, Quandt E, Meyners D 2012 Nat. Mater. 11 523

    [20]

    Fan Y, Smith K J, Lpke G, Hanbicki A T, Goswami R, Li C H, Zhao H B, Jonker B T 2013 Nat. Nanotech. 8 438

    [21]

    Nogués J, Schuller K 1999 J. Magn. Magn. Mater. 192 203

    [22]

    Przybylshi K, Smeltzer W W 1981 J. Electrochem. Soc. 128 897

    [23]

    Wang Y X, Zhang Y J, Gao Y M, Lu M, Yang J H 2008 J. Alloys. Compd. 450 128

    [24]

    Vaz C A, Altman E I, Henrich V E 2010 Phys. Rev. B 81 104428

    [25]

    Yu G H, Chai C L, Zhu F W, Xiao J M, Lai W Y 2001 Appl. Pys. Lett. 78 1706

    [26]

    Wang S G, Huan G, Yu G H, Jiang Y, Wang C, Kohn A, Ward R C C 2007 J. Magn. Magn. Mater. 310 1935

    [27]

    Wang S G, Ward R C C, Hesjedal T, Zhang X G, Wang C, Kohn A, Ma Q L, Zhang J, Liu H F, Han X F 2012 J. Nanosci. Nanotechnol. 12 1006

    [28]

    Miltényi P, Gierlings M, Keller J, Beschoten B, Gntherodt G 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4224

    [29]

    Zhou S M, Sun L, Searon P C, Chien C L 2004 Phys. Rev. B 69 024408

    [30]

    Hong J, Leo T, Smith D J, Berkowitz A E 2006 Phys. Rev. Lett. 96 117204

    [31]

    Kim W, Oh S J, Nahm T U 2002 Sci. Rev. Lett. 9 931

    [32]

    Chuang T J, Brundle C R, Rice D W 1976 Sur. Sci. 59 423

    [33]

    Petitto S C, Langell M A 2004 J. Vac. Sci. Technol. A 22 1690

    [34]

    Martienssen W, Warlimont H 2005 Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data (Berlin:Springer Berlin Heidelberg) p916

    [35]

    Bouzid A, Bourim E M, Gabbay M, Fantozzi G 2005 J. Eur. Ceram. Soc. 25 3213

    [36]

    Iliev M, Angelov S, Kostadinov I Z, Bojchev V, Hadjiev V 1982 Phys. Stat. Sol. 71 627

    [37]

    Lee E W 1955 Rep. Prog. Phys.. 18 184

  • [1] 李圣昆, 唐军, 毛宏庆, 王明焕, 陈国彬, 翟超, 张晓明, 石云波, 刘俊. Fe3O4纳米颗粒/聚二甲基硅氧烷复合材料磁电容效应的研究. 物理学报, 2014, 63(5): 057501. doi: 10.7498/aps.63.057501
    [2] 张源, 高雁军, 胡诚, 谭兴毅, 邱达, 张婷婷, 朱永丹, 李美亚. 磁铁/压电双晶片复合材料磁电耦合性能的优化设计. 物理学报, 2016, 65(16): 167501. doi: 10.7498/aps.65.167501
    [3] 俞斌, 胡忠强, 程宇心, 彭斌, 周子尧, 刘明. 多铁性磁电器件研究进展. 物理学报, 2018, 67(15): 157507. doi: 10.7498/aps.67.20180857
    [4] 李明华, 于广华, 何珂, 朱逢吾, 赖武彦. 具有分隔层Bi的反铁磁/铁磁双层薄膜间的短程交换耦合. 物理学报, 2002, 51(12): 2854-2857. doi: 10.7498/aps.51.2854
    [5] 许小勇, 潘 靖, 胡经国. 交换偏置双层膜中的反铁磁自旋结构及其交换各向异性. 物理学报, 2007, 56(9): 5476-5482. doi: 10.7498/aps.56.5476
    [6] 潘 靖, 陶永春, 胡经国. 外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统中的交换偏置. 物理学报, 2006, 55(6): 3032-3037. doi: 10.7498/aps.55.3032
    [7] 刘奎立, 周思华, 陈松岭. 金属离子掺杂对CuO基纳米复合材料的交换偏置调控. 物理学报, 2015, 64(13): 137501. doi: 10.7498/aps.64.137501
    [8] 罗毅, 赵国平, 杨海涛, 宋宁宁, 任肖, 丁浩峰, 成昭华. 单一晶相氧化锰纳米颗粒的交换偏置效应. 物理学报, 2013, 62(17): 176102. doi: 10.7498/aps.62.176102
    [9] 田宏玉, 胡经国, 许小勇. 铁磁/反铁磁双层膜中冷却场对交换偏置场的影响. 物理学报, 2009, 58(4): 2757-2761. doi: 10.7498/aps.58.2757
    [10] 魏纪周, 张铭, 邓浩亮, 楚上杰, 杜敏永, 严辉. Bi0.8Ba0.2FeO3/La0.7Sr0.3MnO3异质结制备及其交换偏置效应研究. 物理学报, 2015, 64(8): 088101. doi: 10.7498/aps.64.088101
    [11] 潘 靖, 马 梅, 周 岚, 胡经国. 外应力场下铁磁/反铁磁双层膜系统的铁磁共振性质. 物理学报, 2006, 55(2): 897-903. doi: 10.7498/aps.55.897
    [12] 何学敏, 钟伟, 都有为. 核壳结构磁性复合纳米材料的可控合成与性能. 物理学报, 2018, 67(22): 227501. doi: 10.7498/aps.67.20181027
    [13] 张洪武, 周文平, 刘恩克, 王文洪, 吴光恒. Heusler合金NiCoMnSn中的磁场驱动马氏体相变、超自旋玻璃和交换偏置 . 物理学报, 2013, 62(14): 147501. doi: 10.7498/aps.62.147501
    [14] 敬 超, 金晓峰, 董国胜, 龚小燕, 郁黎明, 郑卫民. 分子束外延生长Fe/Fe50Mn50双层膜的交换偏置. 物理学报, 2000, 49(10): 2022-2026. doi: 10.7498/aps.49.2022
    [15] 滕蛟, 蔡建旺, 熊小涛, 赖武彦, 朱逢吾. NiFe/FeMn双层膜交换偏置的形成及热稳定性研究. 物理学报, 2004, 53(1): 272-275. doi: 10.7498/aps.53.272
    [16] 周广宏, 潘旋, 朱雨富. BiFeO3/Ni81Fe19磁性双层膜中的交换偏置及其热稳定性研究. 物理学报, 2013, 62(9): 097501. doi: 10.7498/aps.62.097501
    [17] 滕蛟, 蔡建旺, 熊小涛, 赖武彦, 朱逢吾. (Ni0.81Fe0.19)1-xCrx作为种子层对NiFe/FeMn交换偏置的影响. 物理学报, 2002, 51(12): 2849-2853. doi: 10.7498/aps.51.2849
    [18] 翟中海, 滕 蛟, 李宝河, 王立锦, 于广华, 朱逢吾. 具有垂直各向异性(Pt/Co)n/FeMn多层膜的交换偏置. 物理学报, 2006, 55(4): 2064-2068. doi: 10.7498/aps.55.2064
    [19] 李志文, 何学敏, 颜士明, 宋雪银, 乔文, 张星, 钟伟, 都有为. -Fe2O3/NiO核-壳纳米花的合成、微结构与磁性. 物理学报, 2016, 65(14): 147101. doi: 10.7498/aps.65.147101
    [20] 申建雷, 李萌萌, 赵瑞斌, 李国科, 马丽, 甄聪棉, 候登录. Ni-Mn杂化对Mn50Ni41-xSn9Cux合金中马氏体相变温度和马氏体相磁性的影响. 物理学报, 2016, 65(24): 247501. doi: 10.7498/aps.65.247501
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-30
  • 修回日期:  2015-02-16
  • 刊出日期:  2015-05-05

Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜的交换偏置效应及其磁电耦合特性

  • 1. 南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 南京大学物理学院, 南京 210093;
  • 2. 肯塔基大学物理与天文系, 肯塔基 40506-0055 美国;
  • 3. 人工微结构科学与技术协同创新中心, 南京大学, 南京 210093
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2015CB921203)、国家自然科学基金(批准号: 51472113, 11134005)和宁夏高等学校科学研究项目(批准号: NGY2013105)资助的课题.

摘要: 本文采用溶胶-凝胶工艺并结合脉冲激光沉积技术, 在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Co/Co3O4/PZT多铁复合薄膜. 对复合薄膜的微结构和组分进行了表征, 并系统研究了复合薄膜中的交换偏置效应及其对磁电耦合作用的影响. 研究结果表明, 复合薄膜在77 K具有明显的交换偏置效应, 交换偏置场达到80 Oe, 且交换偏置场及矫顽场均随温度降低而增大. 当温度降低到10 K时, 交换偏置场增至160 Oe. X射线光电子能谱(XPS)测试结果证实在Co和Co3O4界面处存在约5 nm厚的CoO层, 表明77 K下的交换偏置效应源自反铁磁的CoO层对Co的钉扎作用. 观察到复合薄膜的电容-温度曲线随着外加磁场大小和方向的改变而呈现出规律性的变化, 表明复合薄膜存在磁电耦合效应. 进一步研究发现, 在低温下复合薄膜呈现出各向异性的磁电容效应, 与磁场大小和方向密切相关. 复合薄膜的这种磁电耦合特性主要与复合体系的交换偏置效应及基于界面应力传递的磁电耦合作用有关, 本文对其中的物理机理进行了详细讨论与分析.

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参考文献 (37)

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