基于磁电耦合的新型多铁复合薄膜移相器基础研究

本项目将开展基于磁电耦合的新型多铁复合薄膜移相器的基础性研究。主要研究内容包括：.①建立磁电耦合的铁电/铁磁双层膜模型，并用Landau-Ginzburg热力学理论研究双层膜系统的磁电耦合性能、移相特性及损耗行为；②采用射频磁控溅射法制备BaxSr1-xTiO3\CoFe2O4铁电-铁磁双层复合薄膜，进行工艺优化和掺杂改性研究，获得大面积、均匀致密、低损耗与高可调谐性的薄膜；③应用第一性原理，计算在应力作用下复合薄膜的电学、磁学及磁电耦合性能，探索这些性能与应力的关系，研究界面态对这些性能的影响；④设计新型的移相器单元模型结构，制备出移相器单元原型，同时优化移相器的阻抗匹配，构建测试系统平台，进行移相器单元性能的测试与表征。.本项目将着力解决用于相控阵天线移相器的若干关键基础性科学问题，将为这类新型高性能、低成本多铁复合薄膜微带移相器的实用化奠定坚实的基础。该项目研究无疑具有重要的科学价值

多铁磁电材料不仅同时表现铁电性和铁磁性,而且具有磁电耦合, 即外加磁场下诱导的电极化或者应用电场下诱导的磁化。近来，由于磁电材料在新型存储器，传感器，移相器，换能器等方面存在着潜在的巨大应用, 它吸引了相当大的关注。本项目利用传统的固相反应法制备了(1-x)Ba0.8Sr0.2TiO3–xCoFe2O4 (x = 0.1–0.4)和(1-x) Ba0.6Sr0.4TiO3-xCoFe2O4（x=0.15，0.3，0.45 )多铁陶瓷复合物。研究了铁酸盐含量对复合物的微观结构、介电、铁电和铁磁性的影响。实验结果表明，制备出了同时具有铁磁和铁电性和好的介电性质的BST-CFO复合物陶瓷。研究发现，XRD显示多铁复合物由钙钛矿BST相和立方尖晶石CFO相组成，没有其他的中间相和杂相。复合物表现为弛豫铁电体。复合物的饱和磁化强度Ms几乎随着铁酸盐含量的增加而线性增加。另外，复合物的饱和极化强度随着铁酸盐含量的增加而减少，而剩余极化强度随铁酸盐含量的增加而增加。复合物铁电性的提高可能归因于复合物中空间电荷的贡献。另外，利用射频磁控溅射在Pt/TiO2/SiO2/Si基片上沉积Ba0.8Sr0.2TiO3/CoFe2O4层状异质结薄膜。 X射线衍射和扫描电镜显示了异质结薄膜是多晶的，由钙钛矿BST相和尖晶石CFO相组成。异质结薄膜同时表现明显的铁电性、铁磁性和直接的磁电耦合效应，最大的磁电电压系数是5.0 mV/cm Oe，是以前报道的Ba0.8Sr0.2TiO3/CoFe2O4颗粒陶瓷复合的七倍左右。