RFeO3/FM体系的磁电性质以及界面交换偏置效应的同步辐射研究

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钙钛矿型正铁氧体化合物是一个非常活跃的研究领域,因为它有可能开发出具有多功能应用的新材料。它们独特的电磁现象是强相关电子系统的结果。对这些效应的理解是材料科学中最有前途的领域之一。稀土正铁氧体(RFeO3)是一种非共线反铁磁体,它具有许多有趣的磁、光、磁光、超快激光诱导自旋重取向和多铁性等特性,在反铁磁体中发挥着重要的作用。RFeO3具有两个不等价的磁系统,即4f电子基稀土R子晶格和3d电子基Fe子晶格,它们以反平行方式相互作用。Fe子晶格中的非共线反铁磁性在相对较高的温度下引起正铁氧体中的弱铁磁性,而R子晶格通常在较低的温度下产生反铁磁性。在自旋重取向(SR)中起关键作用的R3+-Fe3+(4f-3d电子)相互作用的能量比Fe3+-Fe3+相互作用的能量小,但大于或等于R3+-R3+相互作用的各向异性能量。这导致了这些材料中复杂的磁性质和相关现象的出现。在RFeO3/FM系统中,RFeO3的良好性能得到了很好的体现。在磁性方面,RFeO3主要表现为倾斜的反铁磁结构,在铁磁层FM上实现钉扎效应,在界面处产生交换偏置效应。Bi FeO3/FM的交换偏置系统已经得到了广泛的研究。本文研究了RFeO3/FM系统中的交换偏置效应和轨道杂化之间的联系。具体内容如下:(1)我们通过脉冲激光沉积法在Sr Ti O3(100)衬底上生长了SmFeO3薄膜,通过标准的固相反应法制备SmFeO3粉末,研究了SmFeO3薄膜和粉末的电子结构和磁性的变化。通过研究,我们看到SmFeO3薄膜和粉末展现出了不同的磁性行为,也就是出现了不同的交换偏置效应,结合Fe和O的X射线吸收谱分析,我们认为SmFeO3薄膜中Fe-O之间的离子键长在变长,Fe 3d-O 2p之间杂化在减弱,从而影响了整个样品的磁性行为。(2)我们研究了RFeO3/FM双层膜界面处不同轨道杂化对交换偏置效应的影响,我们通过脉冲激光沉积和磁控溅射技术在STO(100)衬底上生长了SmFeO3/Ni Fe(3 nm)和SmFeO3/Co Fe B(3 nm)双层膜。SmFeO3/Co Fe B中更多的反铁磁性Co O能为铁磁层提供更多的钉扎来源,从而导致SmFeO3/Co Fe B双层膜中更高的交换偏置截止温度。在5 K的温度下,SmFeO3/Ni Fe中HEB和HC的值要比SmFeO3/Co Fe B中HEB和HC的值要高,SmFeO3/Ni Fe双层膜中Ni 3d-O 2p之间的杂化强度要高于SmFeO3/Co Fe B双层膜中的Co 3d-O 2p之间的杂化强度,这可能是两种双层膜在5 K下不同HEB和HC的值的原因之一。(3)我们研究了双层膜SmFeO3/Ni在不同氧分压下对磁电性质的影响,我们通过脉冲激光沉积和磁控溅射技术在Nb掺杂的Sr Ti O3(100)衬底上生长了SmFeO3/Ni(PO2-4Pa)和SmFeO3/Ni(PO2-21Pa)双层膜。SmFeO3/Ni(PO2-4Pa)双层膜中交换偏置场要高于SmFeO3/Ni(PO2-21Pa)双层膜的偏置场的现象原因在于SmFeO3/Ni(PO2-4Pa)双层膜中界面的粗糙程度要低于SmFeO3/Ni(PO2-21Pa)双层膜界面的粗糙程度,而界面粗糙程度越高,交换偏置场越小。还有,SmFeO3/Ni(PO2-4Pa)双层膜中Fe离子混合价态的出现,导致了不同杂化轨道的形成,这也可能是两个双层膜中交换偏置场和矫顽力不同的原因之一。
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