【摘 要】
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BiFeO3是一种单相多铁材料,具有高铁电居里温度、高反铁磁奈尔温度和高剩余铁电极化强度等优点,可以应用于非易失存储器件。本论文利用磁控溅射方法制备了BiFeO3薄膜及其异质结构,系统研究了BiFeO3薄膜的微观结构与磁特性及其异质结构的电输运特性和磁特性。在BiFeO3/LaAlO3异质结构中,随着BiFeO3薄膜厚度增加,BiFeO3薄膜发生了由高应变类四方相→类四方相→倾斜的MC相→中间倾斜
【基金项目】
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国家自然科学基金（51772207、11434006、11704278、51272174）；
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BiFeO3是一种单相多铁材料,具有高铁电居里温度、高反铁磁奈尔温度和高剩余铁电极化强度等优点,可以应用于非易失存储器件。本论文利用磁控溅射方法制备了BiFeO3薄膜及其异质结构,系统研究了BiFeO3薄膜的微观结构与磁特性及其异质结构的电输运特性和磁特性。在BiFeO3/LaAlO3异质结构中,随着BiFeO3薄膜厚度增加,BiFeO3薄膜发生了由高应变类四方相→类四方相→倾斜的MC相→中间倾斜相→类菱形相的转变。在17 nm厚的BiFeO3薄膜中,BiFeO3相是高应变类四方相BiFeO3。由于高应变类四方相BiFeO3内非对称Fe O5五面体诱导的自旋倾斜产生净磁矩,BiFeO3薄膜表现出巨大净磁矩。在Pt/Fe/BiFeO3/SrRuO3异质结构中,本论文研究了电阻态转变与电容态转变行为。Pt/Fe/BiFeO3/SrRuO3异质结构的阻变行为与铁电极化调控的BiFeO3/SrRuO3界面附近的耗尽层宽度有关。在负偏压下,其导电机制是Fowler-Nordheim隧穿机制;在正偏压下,其导电机制是空间电荷限制电流机制。Pt/Fe/BiFeO3/SrRuO3异质结构的容变行为与电场调控的铁电畴（数量、畴壁、极化方向）、耗尽层宽度、耗尽层内的载流子浓度分布有关。外加正偏压下,Pt/Fe/BiFeO3/SrRuO3异质结构表现出低电容态;而外加负偏压下,其表现出高电容态。同时,在光照下处于低电容状态的Pt/Fe/BiFeO3/SrRuO3异质结构电容明显增加,而在光照下处于高电容状态的Pt/Fe/BiFeO3/SrRuO3异质结构电容明显减小,这种现象主要与铁电极化调控的BiFeO3/SrRuO3界面附近光生载流子聚集而引起的耗尽层宽度变化有关。此外,本论文还研究了单轴应力对Fe3O4/云母、Fe3O4/BiFeO3/Pt异质结构磁特性的影响。外加单轴压应力下,Fe3O4薄膜的Verwey转变温度提高、饱和磁化强度增加;外加单轴张应力下,Fe3O4薄膜的Verwey转变温度降低、饱和磁化强度增加。这种Verwey转变温度和饱和磁化强度的改变源于单轴应力导致的Fe3O4薄膜内FeA3+和FeB2+离子之间电荷转移。施加单轴应力,Fe3O4/BiFeO3/Pt异质结构的交换偏置效应减弱,物理机制是单轴应力改变了Fe3O4/BiFeO3界面处Fe A-O-Fe BiFeO3的键长和键角,并且减少Fe3O4/BiFeO3界面处Fe3O4内FeA3+离子数量,导致Fe3O4/BiFeO3界面处FeA-O-Fe BiFeO3超交换相互作用减弱。
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