电场调控软磁材料磁化强度动力学过程的研究

In this project, in order to develop the application of new information function device towards integration and high frequency, it need to solve one important issue: physical mechanism of electric field induced microwave magnetic properties. Based on this case, we would investigate design and fabrication soft magnetic materials with high permeability under high frequency deposited ferroic substrate, and investigate electric field induced static and micrwowave magnetic properties. In theory, based on Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）equaion, the physical mechanism of changing of electric field induced static and micrwowave magnetic properties are investigated in details. In experiment, we would fabricate ferromagnet/ferroelectric nanocomposited film to understand the effect of strain, exchange bias and charge mediated, respectively. In measuring method, based on electromagnetic wave transmission theory, we would develop a measurement of GHz complex permeability under external electric field, which reflect the change of nature microwave magnetic properties. It is therefore desirable to understand the mechanism of changing of microwave magnetic properties by applying a electric field and provide guide of develop miniaturization device, which advance electronic information technology development.

本项目围绕新型信息功能器件向集成化、高频化应用发展，电场调控磁性材料微波下磁化强度动力学过程的物理机制这一关键科学问题，重点研究高频高磁导率软磁材料/铁电衬底异质纳米结构薄膜的设计与制备，通过电场调控磁性材料的静态和高频磁性，从理论上探讨微波下电场调控磁化强度动力学过程的物理机制；材料上基于异质纳米结构中铁电和铁磁的复合，研究应力、电荷和交换偏置效应对磁化强度动力学过程的影响；测量上基于电磁波传输理论，发展一种电场下的磁谱测量，可以更精确的测量电场在不同微波频率下对材料磁化强度动力学过程的影响。通过项目的研究不仅有助于理解电场调控软磁材料微波下磁化强度动力学过程的物理机制，同时也为突破磁性器件的微型化提供了可能，这对电子信息技术的发展有重要意义。

项目围绕新型信息功能器件向集成化、高频化应用发展，利用低能耗的控制方式-电场，来调控磁性材料微波下磁化强度动力学过程的物理机制这一关键科学问题，重点研究高频高磁导率软磁材料/铁电衬底异质纳米结构薄膜的设计与制备，通过电场调控磁性材料的静态和高频磁性，我们在单晶的铁电衬底Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3 （PMN-PT）上制备不同的铁磁薄膜，如Fe、Co、FeCo以及铁氧体等磁性材料。实现了应力调控、电荷调控以及交换偏置调控磁性：理论上探讨微波下电场调控磁化强度进动过程的物理机制，提出了电极化强度和磁化强度耦合的新机制；材料上基于异质纳米结构中铁电和铁磁的耦合，观察到应力、电荷和交换偏置效应对磁化强度动力学过程的影响，刻画了不同效应对高频磁性参数如各向异性场、磁导率以及阻尼的影响；测量上基于电磁波传输理论，实现了原位加电场对GHz的磁谱测量，精确测量电场对不同微波频率下材料本征磁性的影响，通过矢量网络分析仪进行微波磁导率实部和虚部的测量，发现在剩余电极化状态下磁性薄膜磁导率的实部和虚部随频率的依赖关系发生了明显的变化。通过项目研究有助于理解电场调控软磁材料微波下磁化强度动力学过程的物理机制，同时也为突破磁性器件的微型化提供了可能，这对电子信息技术的发展有重要意义。在本项目的资助下，在Phys. Rev. Applied.、Appl. Phys. Lett.、Nanoscale、Sci. Rep.等杂志接受或发表SCI论文共29篇，其中包括1篇Phys. Rev. Applied，7篇Appl. Phys. Lett.，培养研究生7名。