复合磁电薄膜材料的功能原理与制备科学

多铁性材料为发展基于铁电-磁性集成效应的新型信息处理以及磁电器件提供了巨大潜在应用前景，已成为近来国际上一个新的研究热点。本项目主要针对氧化物铁电－磁性异质结薄膜(2-2型磁电复合纳米系统)，通过结合实验和理论计算深入研究这种异质结的多铁性效应以及内在机制。通过发展其异质结多铁性理论模型，计算这种异质结薄膜的能带结构以及界面磁电耦合，揭示多铁性随微结构的变化规律。研究这种新型氧化物铁电－磁性纳米复合体系的结构形成和制备规律，通过复合薄膜制备工艺的控制，实现氧化物铁电－磁性异质结薄膜系统的集成，为新型氧化物铁电－磁性纳米结构的研制，包括不同成分、结构的组合的选择、工艺过程等提供基础；发展新型多铁性复合磁电薄膜材料，为实现微型多铁性器件的实用化和多功能化奠定基础。

本项目主要围绕复合磁电薄膜材料的功能原理与制备，针对氧化物铁电－磁性异质结构薄膜，通过结合实验和理论计算研究这种异质结构的多铁性效应。取得的主要研究成果包括：. (1) 提出了研究磁电复合氧化物薄膜中正磁电耦合机制的一种方法：场致Raman谱位移，给出了复合薄膜中应变调制磁致电极化的结构证据。利用生长缓冲层以松弛基片约束、改变界面应力状态等方法增强复合薄膜的正磁电响应。提出了真实表征磁电薄膜小信号的技术和方法。. (2) 建立了铁电-铁磁异质结构的Landau唯象模型和相场模拟方法，计算模拟了多铁性复合异质结构中的逆磁电效应（即：电场调控磁性能），得出了一系列的规律性定量结果。在多个复合膜体系观察到新颖的电场调控磁性能现象。基于模拟和实验演示，设计了多种新型磁电元器件(如，电压调控磁电随机存储器MeRAM)。. (3) 利用第一性原理计算了出超薄金属表面磁电系数；计算设计了复合多铁性隧道结，及其四态现象，为基于多铁性的四态存储器提供了理论支持，结果得到了他人实验工作的证实。 . (4) 利用水热方法成功制备了尺寸均匀的铁氧体/铁电氧化物核壳纳米复合结构。 . 项目发表学术论文 60 余篇，获得国家发明专利授权5项，国际会议特邀报告20人次 等。