应力调控多铁隧道结输运性质的理论研究

The multiferroic tunnel junctions are the multifunctional materials integrated ferroelectricity and ferromagnetism.The prospects of significiant applications are in the transducers, microwave and information storage.The physical properties of multiferroic materials are sensitive to the external field such as stress. Therefore, One of effective method is the modulation of electric and magnetic tranport properties by stress in multiferroic tunnel junction.This foundation has an insight into the stress effect on the electric and magnetic transport properties of multiferroic tunnel junction with ferromagnetism/perovskite ferroelectricity/ferromagnetism configuration combining the first principles based on the full quantum theory framework and non-equilibrium Greens function method. We aim to modulate and control the electric, magnetic and transport properties of multiferroic tunnel junctions. The details of investigation are analyzing the underlying mechanism of electric and magnetic transprot properties with the changes of stress via discusing the interface structures changes, the stress dependence of magnetic and electric properties in multiferroic tunnel junctions loaded stress. It establishes the theoretical basis for the device design and the performation assessment of mutiferroic tunnel junction electronic devices.

多铁隧道结是集铁电性和铁磁性于一体的多功能材料，在感应器件、微波器件以及信息存储领域有着巨大的应用前景。由于多铁材料的性能对外场尤其是应力场非常敏感，因此通过应力来调节多铁隧道结的电磁输运性质能够成为一种有效的途径。本项目通过第一性原理和非平衡格林函数相结合的方法，以实现多铁隧道结的磁电性质的调控为目标，探索应力对铁磁/钙钛矿型铁电体/铁磁型多铁隧道结的磁电性质和传输性质的影响。具体通过研究加载应力条件下隧道结的界面结构变化，磁电性质与应力之间的依赖关系，分析磁电输运性质随外加应力变化的内在机理，建立微观调控机理与宏观性能的对应关系，为多铁隧道结电子器件的设计及性能评价奠定理论基础。

本项目主要基于第一性原理计算与非平衡格林函数相结合的方法探索了应力对复合多铁隧道结的磁电性质和传输性质的影响，找出加载应力条件下多铁隧道结磁电性质变化的一般规律，获得应力调控多铁隧道结传输性质的内在机制。主要成果如下：一，确定多铁隧道结的界面稳定性，选取不同电极材料组成不同的界面结构发现氧化物电极组成的界面最为稳定。二. 研究了加载应力条件下多铁隧道结磁电性质。通过加载不同大小的应力，发现面内压缩应变会导致多铁隧道结铁电极化增大和磁电耦合强度增强。三.研究了加载应力条件下多铁隧道结输运性质。通过采用非平衡格林函数的方法，计算加载应力情况下隧道结的传输谱、得出传输性质随应力的变化关系。通过本项目的研究可以找到应力调控多铁隧道结磁电性质和传输性质的方法，为自旋电子器件的设计提供重要的理论依据。