多铁性NiMnGa/PVDF-TrFE-CFE复合薄膜的磁电耦合性能及多卡效应研究

Ferromagnetic/ferroelectric composites and devices with spin, polarization orders and multi-physical fields coupling effect have attracted enormous interests. Importantly, the coupling between the magnetic and ferroelectric order parameters can lead to giant magnetoelectric (ME) effects under certain conditions, which become a hotspot due to their technological relevance, fundamental science challenges and their potential applications in multifunctional devices, transducers, actuators, refrigerators and sensors. Accordingly, this program attempt to develop a novel ferromagnetic/ferroelectric NiMnGa/PVDF-TrFE-CFE composites, and the magneto-electric-mechanical coupling effect and multicaloric effect will be systematically investigated. And then, the relationship between phase transition and multicaloric effect can be discussed in detail. In order to.reveal the physical mechanism of coupling effect multicaloric effect, the first principle calculation based on density function theory and theory model are applied to analysis and demonstrate the coupling effect among spin, charge, orbital, and lattice in theory. It is expected that this research could provid scientific guidance for the desgn of novel magnetoelectric devices, especially the ferromagnetic/ferroelectric composites material related multi-field coupling and refrigeration technique.

铁磁/铁电复合材料及其器件具备特有的自旋序、极化序、晶格序以及在特定条件下表现出较强的磁电耦合效应，其在自旋电子器件、传感器、绿色制冷和信息存储器等高技术领域具有巨大的潜在应用前景，已成为功能材料领域的研究热点。本项目拟制备高质量的NiMnGa/PVDF-TrFE-CFE磁电复合薄膜，系统研究其磁电耦合性能及多卡效应(磁卡效应和电卡效应)，讨论复合体系自旋有序、极化有序、晶格有序伴随的耦合热效应及其关系，探索铁磁/铁电复合薄膜材料的磁电耦合效应及相变温度附近磁卡效应和电卡效应的关系。理论上运用第一性原理方法分析论证自旋、电荷、轨道及晶格之间耦合及多卡效应的物理机制。本研究课题对多物理场调控、磁-电-力-热耦合效应及多功能制冷技术的认识和开发的具有指导意义和参考价值，为研发新一代具有应用水平的铁磁/铁电复合材料及绿色制冷器件提供科学依据。

多铁性材料及其器件以其特有的自旋有序、极化有序以及多物理场耦合效应引起了国内外科学工作者的广泛关注,成为功能材料领域的前沿和研究热点。本项目围绕着“多物理场耦合、磁电效应及电卡/磁卡效应及其物理机制”的主题，重点研究了铁磁/铁电复合多铁性异质结的磁电耦合效应、铁电材料的电卡效应及储能性能。首先，项目负责人及课题组成员研究了CoFeB/P(VDF-TrFE)异质结的磁电耦合效应，得到了由电致伸缩效应实现了电场对磁性能的调控；研究了FeSi/PMN-PT异质结的磁性能及磁电耦合性能，得到了异质结中“回线型”和“蝴蝶型”的电场调控剩磁比和矫顽力行为，并分析了薄膜结晶性对电场调控磁性的影响。此外，项目负责人及课题组成员研究了BNT-LCMO纳米多层铁磁/铁电复合薄膜的磁电效应及其温度稳定性；系统地研究了BCT陶瓷的介电、铁电、电卡和热电性能；利用Maxwell关系及LGD唯象理论计算了弛豫铁电体PLZT和反铁电体PLSZT陶瓷的电卡效应及储能性能；研究了不同掺杂BiFeO3掺杂的无铅NBT-BT铁电薄膜电卡效应及储能性能；研究了无铅铁电陶瓷BT-BMT和Sm掺杂BT-BMT的电卡效应、热释电效应及储能性能；研究了HfO2薄膜铁电性能及光电性能，以及HfO2/ZnO、ZrO2/TiO2异质结的电致阻变效应，研究结果发表在J. Mater. Chem. C, Mater. Design, Appl. Phys. Lett., J. Alloys Compd.上，项目负责人作为第一或者通讯作者（学生第一）SCI论文7篇，以重要合作者发表SCI论文6篇。项目执行期间，项目负责人晋升为副教授，入选了广东工业大学“青年百人计划”、“教学科研骨干”。获得湖南省自然科学二等奖（第三完成人）。此外，在项目支持下，项目负责人建立了自己的研究实验室，招收了4名硕士研究生。