取向相关的多铁性薄膜材料力、电、磁耦合机理及性能研究

多铁性薄膜材料因具有多功能性而且可实现多种功能间的相互调控而成为多种智能材料及器件的候选材料。精确的控制多铁性薄膜的取向可以有效控制多铁性薄膜的微观结构和电磁性能。本项目拟建立适用于取向相关的单相多铁性BiFeO3薄膜材料及多铁性磁电复合薄膜材料的有效能量表达式，利用唯象非线性的Landau-Ginsburg-Devonshire热力学理论及相场模型研究不同择优取向的多铁性薄膜的力、电、磁耦合机理，预报磁电耦合性能。根据理论和数值模拟的结果，合理选择不同基底、不同电磁相组分，利用PLD及溶胶凝胶法制备具有不同取向的多铁性薄膜，从实验上给出多铁性薄膜的取向与材料性能之间的关系。结合理论和实验研究，深入理解取向相关的多铁性薄膜材料力、电、磁耦合机理，实现通过取向和应变共同控制和调节多铁性薄膜的电磁性能，从而为多功能智能材料及器件的设计提供理论和实验指导。

多铁性薄膜材料因具有多功能性而且可实现多种功能间的相互调控而成为多种智能材料及器件的候选材料。精确的控制多铁性薄膜的取向可以有效控制多铁性薄膜的微观结构和电磁性能。本项目建立了适用于取向相关的单相多铁性 BFO 薄膜材料及多铁性磁电复合薄膜材料的有效能量表达式，结合热力学理论和弹性理论及坐标变换，分析多铁结构薄膜的力、电、磁耦合机理，预报磁电耦合性能。针对层状异质复合结构和自组装垂直异质结构，利用磁电复合异质结构的有效材料参数，结合热力学理论和弹性理论计算磁电系数、磁电电压系数、磁电容系数等磁电耦合参数，揭示应变和取向相关的多铁性磁电复合异质结构的磁电耦合机理。利用物理理气相沉积方法和溶胶凝胶法制备了不同取向及不同成分的PLT、PZT、BFO 薄膜，从实验上给出薄膜的力学性能、铁电性能、介电性能和光电性能等。结合理论和实验研究，深入理解取向相关的多铁性薄膜材料力、电、 磁耦合机理，通过理论模拟、数值计算及实验，给出了通过选择不同基底、铁电相和铁磁相材料、含量来改变薄膜取向和应变，进而调控铁电性能和磁电耦合性能的新方法，为高频微波器件、磁电传感器、多态存储内存等多功能器件的设计应用提供理论指导。