论文部分内容阅读
本文采用固态反应烧结、电弧熔炼技术制备了DySb、Dy2Cr2C3化合物。利用脉冲激光沉积法制备了NdMnO3/Mn3O4纳米复合薄膜。采用脉冲激光沉积和光刻技术制备了La0.7Ca0.3MnO3/Ba0.5Sr0.5TiO3/La0.7Ca0.3MnO3铁电性隧道结。通过X射线衍射、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等探测样品的形貌和微观结构。用超导量子干涉仪(SQUID)和多物性测量系统(PPMS)测量样品的磁性能、电性能以及磁电耦合效应。
在DySb反铁磁体中，我们发现了磁熵变在奈尔温度附近从正值(反常磁卡效应)随温度增加变成负值(正常磁卡效应)，这种转变是由于场诱导的反铁磁到铁磁的一级磁转变。正的磁熵变来源于场诱导的HoP型亚铁磁中间过渡态。5 T磁场变化下，DySb多晶在9 K下获得最大的磁熵变为15.8 J/kg K，和工作在同一温区的其它磁卡材料相当。Dy2Cr2C3化合物同样具有场诱导的一级磁转变导致的反常和正常磁卡效应的转变，5 T磁场变化下在25 K获得的最大磁熵变为13.5J/kg K。其磁致冷效率为425 J/kg，比大部分工作在相同温区的磁卡材料要大。由于反铁磁致冷材料基本没有因磁场反向而导致的磁滞问题，因此将会是非常有潜力的低温致冷材料。
采用单相自分解技术制备的NdMnO3/Mn3O4纳米复合薄膜具有垂直型界面。这种具有垂直界面的纳米结构对于研究界面交换偏置现象很有意义。微观结构观察表明NdMnO3和STO基片有两种外延结构，而多晶取向Mn3O4纳米颗粒则弥散分布在NdMnO3相当中。我们发现该复合体系具有交换偏置现象，且交换偏置随温度在20 K出现一个峰值。这种异常的交换偏置峰可以归结为NdMnO3相中Nd晶格以及Mn晶格和Mn3O4相的相互竞争的界面耦合行为，是一种新的引起交换偏置峰的物理机制。
我们详细研究了La0.7Ca0.3MnO3/Ba0.5Sr0.5TiO3/La0.7Ca0.3MnO3铁电性隧道结的磁电阻、电致电阻和界面磁电耦合效应。发现Ba0.5Sr0.5TiO3势垒层在1.5 nm厚度情况下仍然具有铁电性，铁电温度在100 K左右。铁电极化方向的翻转导致了隧道电致电阻；电致电阻和磁电阻的结合使我们获得了一个四阻态，这对于提高磁存储密度很有意义。另外，发现铁磁层电极的磁矩在外加电场的作用下可以提前翻转。随着外加电场的增加，所需要的翻转磁场减小，和电压的方向无关。采用电压诱导的非平衡层间交换耦合理论可以合理解释这一现象。我们发现电压诱导的双二次性层间交换耦合在磁矩翻转过程中起着重要的作用。从应用角度讲，我们显示了因施加电场而引起的磁矩的提前翻转和由此导致的隧道电阻在不同阻态之间的转化。这种转换意味着我们可以采用电场的方式来调控磁矩和磁电阻。由于相应的磁矩翻转临界电流(～6×103 A/cm2)远小于目前研究广泛的电流相关自旋扭矩的临界电流(～107-109 A/cm2)，这种铁电性隧道结将会是一种非常低能耗的高效磁存储器件。