铋基单相多铁/铁磁金属异质结的界面结构、弛豫特征及磁电耦合性质的研究。

Multiferroic materials which combined ferromagnetic and ferroelectric are a time-honored subject which exhibits a great potentials in spintronic application such as magnetoelectric storage, magnetoelectric sensors, magnetoelectric detector, and so on. However, due to a weak magnetoelectric coupling effect for the most of multiferroic materials, a number of obstacles are existed for the application of multiferroic spintronic device.. In this proposal, we will investigate the structural and physical properties at the interface of a bismuth related multiferroic heterostructure. The main point of this proposal is to concern on the domain wall structure, chemical state, relaxation, polarization reversal, and magnetoelectric coupling in a bismuth related multiferroic heterostructure. The physical and chemical relationship at the interface of a bismuth related multiferroic heterostructure will be investigated, also concern about the relationship between dipolar and magnetron relaxation behaviors in perovskite multiferroic heterostructure. The finial purpose of this proposal is to improve the polarization, magnetron, and magnetoelectric coupling at room temperature. Throughout our efforts, this proposal is expected to make a promising road to the future application of the multiferroic spintronic devices.

多铁性材料即具有铁电性又具有铁磁性，在磁电多态存储、磁电传感器、磁电换能器、磁场探测器等领域具有潜力，为新一代自旋电子器件设计提供崭新的思路。迄今为止，尚无一种单相多铁性材料呈实用意义的磁电耦合效应。本课题基于单相多铁材料调控自旋电子器件领域所遇到的实际关键问题，以铋基单相多铁薄膜与铁磁金属形成异质结为研究对象，揭示单相多铁异质结界面的极化反转及磁电耦合效应的定量结构信息，最终提高铋基单相多铁异质结的电极化、磁极化及室温磁电耦合效应。本课题研究铋基单相多铁异质结的畴/畴界结构、化学态分析、磁电弛豫、极化疲劳、磁电耦合作用等物理特征，阐明单相多铁/铁磁金属异质结构的界面磁电耦合图像，为多铁自旋电子器件的实际应用提供一定的研究基础。

多铁性材料既具有铁电性又具有铁磁性而且互相调控，可为新一代自旋电子器件设计提供新的思路。四年期间，本项目以铋基单相多铁/磁性金属异质结为研究对象，研究了多铁性异质界面的极化反转、界面结构和磁电耦合特征，对多铁BiFeO3超晶格磁电双弛豫铁电特征、BiFeO3/磁性金属异质结的自旋轨道转矩、极化场调控BiFeO3异质结的反常霍尔效应、多铁Cr2O3/重金属界面的自旋霍尔磁电阻效应、多铁性LSMO/MgO/PZT异质结的磁电耦合效应等开展了系统的研究工作。. 主要研究内容包括：1. 脉冲激光沉积法制备多铁性BiFeO3/Ba0.7Sr0.3TiO3超晶格，发现界面诱导的磁电双弛豫及高温铁电特征；2. 原位制备多铁BiFeO3/磁性金属异质结，发现异质结自旋轨道转矩特征随自发极化方向而改变；3. 观察到多铁性BiFeO3/全哈斯勒磁性金属Co2FeAl0.5Si0.5异质结交换偏置的震荡特征。4. 首次实现多铁BiFeO3/磁性金属异质结的垂直磁各向异性，并实现自发极化场对垂直磁各向异性的调制；5. 首次发现磁电耦合体Cr2O3/重金属W异质结的自旋霍尔磁电阻效应；6. 发现了Cr2O3/重金属Ta异质结的自旋霍尔磁电阻随温度的变号；7. 制备多铁Bi(Fe0.95Cr0.05)O3/ZrO2异质结构，发现铁电场调控双极性铁电性电阻转换；8. 原位制备多铁性La0.7Sr0.3MnO3/MgO/PbZr0.2Ti0.8O3全钙钛矿异质结，发现高磁电耦合效应；9. 制备了多铁性La0.7Sr0.3MnO3/La0.7Te0.3MnO3 全钙钛矿p-n结，研究了隧穿效应随温度的变化规律。. 项目成果在多铁性功能传感器、高密度信息存储和低能耗自旋电子器件等领域具有潜在的应用价值。