纳米尺度下磁电多铁材料的建构及其磁电性能调制

多铁性材料是当前跨学科前沿热点。其核心问题是如何调控磁电性能。低维多铁材料因尺寸效应、量子效应、界面效应可带来更多新物理现象及更大调控性能自由度而受关注。而国际上这方面研究还处在起步阶段。本项目希望利用现有纳米制备手段，在单晶衬底上外延多铁纳米点阵及其它基于纳米阵列复合结构，开展纳米尺度下多铁材料性能变化研究。目标是通过(1)研究多铁性纳米点阵列中尺寸效应对磁电性调控。(2)探索薄膜-纳米点(如铁电膜-铁磁纳米点)阵列二元复合体系中界面耦合场对纳米点磁电特性影响，特别是纳米微畴在耦合场下演化规律。(3)建构人工结构可调纳米复合体系，研究两相分布状态和空间构型对磁电性能的影响，并设计优异性能新材料结构。(4)通过理论和实验相比较，揭示纳米状态下磁电耦合机理，并对纳米材料设计及器件构建提出新思路。希望围绕多铁材料纳米尺度新物理，实现对其功能调控，挖掘更多应用前景。

近十年来多铁性材料受到广泛研究，其目的是为发展新一代磁电互控的传感器和新型存储器。在当前信息材料和器件发展的微型化和高密度化趋势下，纳米尺度研究是多铁性材料走向应用化的必由之路。但目前国际上这方面的研究还处于起步阶段，在氧化物纳米结构的制备工艺，以及纳米尺度磁电表征方面是面临着很大挑战。本项目通过利用多孔氧化铝模板（AAO）和脉冲激光沉积的相结合的方法在单晶衬底上制备铁电、铁磁、及纳米复合结构，通过多功能扫描探针对其微观的结构和性能进行表征，并利用蒙特卡罗方法进行模拟计算,来面对这一挑战。主要结果体现在以下几个方面：1）在单晶衬底上外延多铁BiFeO3(BFO)，铁电Pb(Zr,TiO)3(PZT)纳米点阵列，首次发现其特异的纳米微畴结构，以及电压调制阻变导电特征。这一成果在高密度存储方面具有一定应用前景；2)探索了薄膜-纳米点(或压电单晶及-铁磁纳米点)阵列二元复合体系，以及BiFeO3微小纳米电容器结构的微观物理性能。发现Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3/Co纳米点体系中纳米磁微畴可在耦合场下改变方向，在BiFeO3微小电容器中,我们观察到小于10纳米的铁电畴结构，具备铁电反转特征。3)制备了成分结构可控的纳米点阵列和薄膜的复合体系(PZT-CoFe2O4)，研究了建构人工结构的磁电性能; 4)利用蒙特卡罗方法，发现应力可实现多铁性材料BiFeO3的C-G反铁磁相变，以及各向异性场对纳米磁性微畴结构的明显调制。这些成果，对纳米多铁性材料在存储和多铁性器件方面有重要的应用前景。在本项目的支持下，目前已经发表SCI论文9篇，国内核心刊物文章1篇， 国内外邀请报告2次，并邀请国外学者多次学术报告，超过申请预期。此外，该项目也为申请人回国创建先进材料研究所科研平台做出重要贡献。