【摘 要】
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随着电子信息产业的高速发展,数据存储技术的革新面临着巨大的挑战。在应用于数据存储的诸多技术当中,自旋电子学提供了诸多可能方案。其中,电控磁性(磁电耦合)因其卓越而奇特的物理性能和巨大的应用前景而成为近些年的研究热点之。这一技术旨在发展高密度、高速度、低功耗、多功能的自旋电子学器件,以满足人们对于海量数据存储的需求。Fe3O4是一种具有良好导电性的铁磁氧化物,具有反尖晶石结构,其物理化学性质十分丰富
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随着电子信息产业的高速发展,数据存储技术的革新面临着巨大的挑战。在应用于数据存储的诸多技术当中,自旋电子学提供了诸多可能方案。其中,电控磁性(磁电耦合)因其卓越而奇特的物理性能和巨大的应用前景而成为近些年的研究热点之。这一技术旨在发展高密度、高速度、低功耗、多功能的自旋电子学器件,以满足人们对于海量数据存储的需求。Fe3O4是一种具有良好导电性的铁磁氧化物,具有反尖晶石结构,其物理化学性质十分丰富。作为一种十分常见且典型的铁磁材料,Fe3O4的磁性来源和磁学性质已经得到广泛研究。由于其磁性来源的机理已经较为清晰,利用电场调控Fe3O4的磁性有望获得显著的调控效果,并且有利于理解电控磁性的物理机制。另外,功能氧化物薄膜材料LaMnO3由于缺陷态的存在,是一种良好的铁磁半导体材料,具有十分有趣的物理性质并且在自旋电子器件领域拥有潜在的应用前景。在本工作中,我们还开展了原位退火处理对钙钛矿锰氧化物薄膜(LaMnO3)的物性调控研究。本文主要有以下两方面内容:1.原位磁性测试对Fe3O4纳米颗粒的可逆磁性调控。本工作采用溶剂热法成功制备了Fe3O4磁性纳米颗粒,并且通过超级电容器的方法对其磁学性能进行了有效地调控。基于对超级电容器的电学性质的测试,证明在其充放电过程中纯电容机制并不是唯一的能量存储机制。通过增加纳米颗粒的比表面积和碳布的活化处理,在Fe3O4与离子液体界面处实现了室温下的磁化强度的完全可逆调控,并且调控具有功耗低、速度快的特点。根据电学和磁学的原位测试以及电化学反应动力学分析,Fe3O4纳米颗粒的磁性随电压的变化可归因于Fe2+和Fe3+之间的相互转化,这是静电效应和氧化还原反应共同作用的结果。本工作将磁电耦合效应和超级电容器相结合,为高性能自旋电子器件的发展提供了新的思路。2.原位退火对LaMnO3薄膜磁性的影响。本工作采用脉冲激光沉积(PLD)的方法成功制备了高质量的LaMnO3单晶外延薄膜,并通过AFM、XRD和STEM等手段对薄膜的表面粗糙度、结晶性以及原子结构进行了综合表征。本研究发现,通过增加原位退火时间可显著提高LaMnO3薄膜的磁化强度,并将这一现象归因于退火过程中Mn3+向Mn4+的转化。这对PLD法生长磁性氧化物薄膜的生长工艺探索和自旋电子器件的设计具有重要的参考意义。
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