【摘 要】
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研究电场调控材料的电输运特性与磁性不仅有利于理解材料的基本物理性质,并且在能源和环境方面具有巨大的潜在应用价值。本论文采用磁控溅射的方法,制备了Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3（PMN-PT）基异质结,包括Co3O4/PMN-PT、Co Fe2O4/La0.67Sr0.33Mn O3/PMN-PT（CFO/LSMO/PMN-PT）和LSMO/PMN-PT异质结,系统研究了电场对其电
【基金项目】
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国家自然科学基金（11774254、51772207、11434006和11304221）；
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研究电场调控材料的电输运特性与磁性不仅有利于理解材料的基本物理性质,并且在能源和环境方面具有巨大的潜在应用价值。本论文采用磁控溅射的方法,制备了Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3（PMN-PT）基异质结,包括Co3O4/PMN-PT、Co Fe2O4/La0.67Sr0.33Mn O3/PMN-PT（CFO/LSMO/PMN-PT）和LSMO/PMN-PT异质结,系统研究了电场对其电输运特性和磁性的调控。本论文实现了电场对Co3O4/PMN-PT异质结电输运特性的调控。首先制备了Co3O4/Mg Al2O4（MAO）和Fe3O4/Co3O4/MAO异质结,研究了Co3O4薄膜的磁性和光电特性。Fe3O4/Co3O4/MAO异质结表现出明显的交换偏置现象,来源于反铁磁Co3O4和界面扩散形成的铁磁CoxFe3-xO4层间的界面耦合。基于Co3O4薄膜良好的光学吸收特性,在405 nm激光光照下,Fe3O4/Co3O4异质结的电流增强～79%。此外,相比于Co3O4/MAO和Co3O4/Sr Ti O3异质结,Co3O4/PMN-PT异质结中出现了位错缺陷并存在高浓度的Co空位,源于PMN-PT基片的铁电畴形状表面形貌和相变。Co空位使Co3O4/PMN-PT异质结的电阻率降低了2～3个数量级。第一性原理计算结果表明,Co空位在Co3O4费米能级附近诱发杂质能级,有利于在价带中形成自由运动空穴。PMN-PT的铁电场效应可以聚集/耗散自由运动空穴,导致导带和价带向上/向下弯曲,进而形成低/高电阻态。本论文还研究了电场对CFO/LSMO/PMN-PT异质结磁性的调控。磁化强度随电场变化呈现蝴蝶形状,表明应力效应在电场调控磁性中占主导,导致CFO/LSMO/PMN-PT异质结的磁化强度沿[01-1]方向减小而沿[100]方向增加。由于CFO层较大的磁致伸缩效应,电场作用下CFO/LSMO/PMN-PT异质结的矫顽力沿[01-1]方向减小～50%。基于矫顽力的显著调控,可以实现电场对金属/CFO/LSMO/PMN-PT自旋过滤磁隧道结磁电阻的调控。为了进一步探究和区分PMN-PT基异质结中电场调控的机制,制备了LSMO/PMN-PT（011）和（001）异质结。在双极电场作用下,异质结电阻随电场变化呈现非对称蝴蝶形状,表明存在易失应力和非易失铁电场效应。当施加单极电场时,LSMO/PMN-PT（011）相比于LSMO/PMN-PT（001）异质结表现出显著的非易失应力效应,其来自PMN-PT（011）基片的面内极化。易失、非易失应力和铁电场效应可以增强或减弱LSMO薄膜的双交换作用,从而实现对电阻的调控。
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