赵永刚教授研究组在电场调控磁化翻转研究方面取得进展

2016年2月18日

多铁材料是近年来的研究热点,它涉及重要的科学问题并具有潜在的巨大应用前景,电场调控磁性的研究是其中的关键问题之一。

最近,物理系低维量子物理国家重点实验室博士研究生陈爱天,在导师赵永刚教授的指导下,与中科院物理所蔡建旺研究员,清华大学材料学院南策文院士,中科大陆亚林教授等合作,对铁磁/反铁磁/铁电多铁异质结中电场调控交换偏置和磁化翻转的行为进行了系统研究。

铁磁/反铁磁界面耦合的交换偏置效应由于在自旋电子学上的重要应用而受到广泛关注,但是关于其起源目前还没有一个确定的认识。交换偏置对于空间的角度依赖行为对理解交换偏置起源以及验证现有交换偏置理论模型都具有重要作用。交换偏置和磁化翻转的角度依赖行为与铁磁/反铁磁耦合产生的单向各向异性和铁磁的单轴各向异性二者的比率和相对取向有密切关系。传统上,单向和单轴各向异性的比率由铁磁(反铁磁)厚度调控,相对取向则通过外加磁场下高温退火来调节。这就需要很多样品进行系统研究,并且也会带来界面热扩散等不利影响。他们通过把CoFeB/IrMn交换偏置体系生长在Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3铁电衬底上,通过电场对铁磁薄膜磁各向异性的调控来调节单向和单轴各向异性的比率和相对取向,从而利用一个样品实现了不同比率和相对取向的单向和单轴各向异性下交换偏置角度依赖的研究,解决了传统方法存在的问题。运用Stoner-Wohlfarth模型得到的理论模拟和实验结果相符。这种新方法为交换偏置的研究提供了新的思路。

                                                                                             

上图为电场调控交换偏置及零磁场下电场调控磁化翻转

此外,在多铁材料研究中,虽然有很多关于电场调控磁性的报道,但是电场调控磁化翻转仍然是一个挑战性的课题。实现磁化翻转的一个有效途径是通过电场调控交换偏置场,关键是交换偏置场的变化大于矫顽场。最近有很多关于电场调控交换偏置场的研究报道,但可恢复的电场调控磁化翻转仍未实现。他们在交换偏置体系和铁电材料组成的异质结构中,利用电场对铁磁薄膜磁各向异性的调控,形成交换偏置体系中铁磁/反铁磁耦合产生的单向各向异性和铁磁的单轴各向异性的竞争,从而实现了室温零磁场下可恢复的电场调控磁化翻转,这对电场调控磁性的研究及应用具有参考价值。

                                                                                                                             

上图为Inside Back Cover

该研究成果以“Angular Dependence of Exchange Bias and Magnetization Reversal Controlled by Electric-Field-Induced Competing Anisotropies” 为题发表在2016年1月13日的Advanced Materials上,并被选为Inside Back Cover。这也是先前他们在电场调控多铁异质结构磁性工作(Phys. Rev. Lett. 108, 137203 (2012) (ESI Top 1%高被引论文);Adv. Mater. 46, 4320 (2014))后的新进展。该工作得到了科技部和国家自然科学基金委的经费资助。

原文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201503176/full

Inside Back Cover:http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201670013/abstract