Fe3O4/BaTiO3磁电复合薄膜的应力效应研究

磁电复合薄膜材料在基于磁电集成效应的新型信息存储处理以及磁电器件等领域，存在巨大的应力潜力。本项目以磁电复合薄膜材料Fe3O4/BaTiO3为研究对象，主要研究内容包括：一、微观观测该薄膜材料的畴组态和畴动性，系统研究其铁电、铁磁性能，分析上述性能的变化规律；二、研究外加张、压应力对该磁电复合薄膜铁电、铁磁性能的作用规律；三、研究外场（包括外电场、外磁场）作用下，外加张、压应力对该磁电复合薄膜铁电、铁磁性能的影响，分析出外场和应力协同作用的机理。将微观观测和宏观测量相结合，综合分析外加张、压应力对Fe3O4/BaTiO3磁电复合薄膜材料性能影响的异同，揭示应力效应作用的物理本质，为多铁性磁电复合薄膜材料性能的提高及其广泛应用提供应力影响方面的研究依据。

磁电复合薄膜材料在基于磁电集成效应的新型信息存储处理以及磁电器件等领域，存在巨大的应力潜力.本项目原计划是以“以BaTiO3 和Fe3O4陶瓷为靶材，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上，制备出Fe3O4/BaTiO3多铁性复合薄膜样品”，而在实际实施中，制备出的Fe3O4/BaTiO3多铁性复合薄膜样品，无法得到很好的性能。考虑到Bi3.25La0.75TiO3与BaTiO3具有同样的钙钛矿结构；而且Bi3.25La0.75TiO3具有较大的剩余极化，较好的抗疲劳性等优点，故将原计划的BaTiO3铁电材料调整成Bi3.25La0.75TiO3铁电材料。用PLD方法制备出Fe3O4/ Bi3.25La0.75TiO3复合薄膜样品。主要研究结果如下：1.用PLD方法，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备出Fe3O4/ Bi3.25La0.75TiO3复合薄膜材料，并申请发明专利，且已授权。该复合薄膜有与对应单相材料可比拟的磁性能。2.研究发现退火温度对薄膜材料性能有明显的影响。一方面，对于所有退火温度的薄膜，其极化和矫顽场均随着外加电压的增加而增大；另一方面，对于复合薄膜对应的单相铁电材料，在720oC以下，随着退火温度的增加，其剩余极化和矫顽场随电压增大的趋势而增强，而在750oC，其剩余极化和矫顽场随电压变化的趋势有所减弱。3.紫外光对薄膜材料的性能有明显的影响。在紫外光的作用下，铁电薄膜材料的剩余极化和矫顽场都有所减小。4.成功制备应力装置并申请发明专利一项；该发明可以避免出现“空程差”，减少测量误差，提高测量精度。同时，我们还提供了利用该装置对薄膜进行应力值的测量方法，该测量方法可以更加直观的观察被测薄膜位移的偏移量，增加了测量的直观性。5.研究了薄膜的漏电及应力效应对薄膜漏电性能的影响，对薄膜施加的张应力 或压应力越大，薄膜表现出来的漏电越小。我们用应力诱导薄膜畴转向以及在电场的作用下空间电荷的注入解释了该种现象。6. 在应力作用下，薄膜的漏电流随外电场的增加而增大，在低电场的作用下，薄膜的漏电性能在施加应力前后，基本没有变化，而在高电场区域，施加应力会导致薄膜的漏电性能降低。本研究为复合材料的深入研究奠定了实验基础，揭示了应力效应作用的物理本质，为多铁性磁电复合薄膜材料性能的提高及其广泛应用提供应力影响方面的研究依据。