赵永刚教授研究组在多铁体系调控研究中取得新进展

2012年1月01日

赵永刚教授研究组在多铁体系调控研究中取得新进展 2012-4-8

“Multiferroics”(多铁)材料近年来引起了广泛的关注——“Areas to Watch”, Science 318, 1848(2007)。这类材料同时具有两种或两种以上的铁序(铁电序、铁磁/反铁磁序和铁弹序),并且不同铁序之间具有耦合效应,从而产生一些新的物理现象,相关研究丰富了人们对不同铁序的起源和相互作用的认识。此外,在多铁材料中,可以利用磁场调控材料的铁电性,反之,也可以利用电场来调控材料的磁性,后者能够结合传统的磁存储和铁电存储的各自优点,同时摒弃各自的缺点,实现信息存储的电写磁读,推动以低功耗、非破坏、高密度为特点的下一代信息存储技术的发展。

最近,博士生张森、李裴森等人在导师赵永刚教授的指导下,与中科院物理所韩秀峰研究员、孙阳研究员、UC Berkeley Ramesh教授研究组、中科大高琛教授、复旦大学吴义政教授、金晓峰教授以及Bruker公司的黄震文工程师等合作,对铁磁/铁电多铁复合体系中电场调控磁性的行为进行了研究。他们在Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3铁电单晶衬底上生长了Co40Fe40B20非晶磁性膜,并利用组内搭建的原位加电场测量磁性的多铁综合测量系统进行了表征。结果表明,室温下磁性随电场的变化呈现类似铁电回线的行为,电场对磁性的调控具有非挥发性,这与文献中报道的以应力为媒介的铁磁/铁电复合结构中得到的蝴蝶形状的挥发性调控行为不同。他们利用多种手段在电场下对样品的结构、铁电畴、磁畴及磁各向异性等进行了原位的表征,并进行了定量的理论分析,揭示了铁电畴的109度翻转与无磁晶各向异性的铁磁薄膜的复合,能够使电场对磁性的调控具有非挥发性——这是以应力为媒介的电磁调控体系中的一种新机制。此外,由于该复合结构中非挥发性的磁状态不会随电场的撤销而消失,具有室温下的记忆特性,对应用具有参考价值。该项成果以"Electric-Field Control of Nonvolatile Magnetization in Co40Fe40B20/Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3 Structure at Room Temperature"为题,发表在2012年3月28日的Physical Review Letters上。