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磁电效应(ME)是指材料在外加磁场作用下产生介电极化,或者在外加电场作用下发生磁化的现象。由于磁电材料具有独特的多功能性,具有广阔的潜在应用前景,因此其研究一直以来都为人们所重视。在过去的几十年里,人们对单相化合物和复合材料的磁电效应进行了广泛而深入的研究。在磁场中感应介电极化或在电场中产生磁化强度要求同时具有磁偶极矩的长程有序和电偶极矩。磁电单相化合物材料的特点是:磁电效应较弱,而且大部分只能在低温下才具有磁电效应。因此,大大限制了其在实际器件中的应用。而磁电复合材料则通过压电效应与磁致伸缩效应在相界面协同作用下的乘积效应实现磁-力与力-电的耦合,从而获得较大的磁电耦合效应,达到可以应用的水平,因此近年来尤其受到人们的重视。
本文主要研究介观层次(纳米尺度)下的磁电复合薄膜的制备、微结构及其性质。我们利用脉冲激光沉积(PLD)方法制备Pb(Zr<,0.48>Ti<,0.52>)O<,3>(PZT)-CoFe<,2>O<,4>(CFO)的复合薄膜,探讨了制备工艺参数等对制备的影响,在此基础上,系统研究了CFO-PZT磁电复合薄膜的微结构、电学性质、磁学性质、磁电效应及其影响因素,所获得的研究结果将对于深入探讨纳米尺度下的磁电复合材料及其在集成微器件等方面的应用具有参考意义。本论文的主要成果如下:
1.利用固相反应方法,制备了没有杂相的纯钙钛矿结构的Pb(Zr<,0.48>Ti<0.52>)O<,3>和尖晶石结构的CoFe<,2>O<,4>的陶瓷决材,并以此为基础,制备了CFO-PZT的复合陶瓷靶材。
2.使用PLD的方法,通过CFO-PZT交替沉积的方法,在优化的制备条件下(衬底温度650℃,氧气压10Pa)在Pt/Ti/SiO<,2>/Si的衬底上制备了三种不同成分配比的CFO-PZT复合薄薄(PZ725%-CFO75%,PZT50%-CFO50%,PZT75%-CFO25%)。结果表明,复合薄膜的微结构随着CFO/PZT相配比的变化而呈现出不同的微结构特征,成功制备了0-3、0-0/3-3、1-3型的复合薄膜结构。
3.利用铁电测量单元、材料阻抗分析仪、振动样品磁强计、磁电效应综合测量系统等对所制备的CFO-PZT复合薄膜的电学性质、磁学性质和磁电耦合特性等进行了系统表征,结果表明:具有不同复合形式和微结构特征的复合薄膜呈现出不同的铁电和磁学性质;复合薄膜呈现出与块体材料完全不同的磁电耦合特性,而且不同的复合形式的磁电耦合特性各不相同,1-3型的复合薄膜由于受到的衬底约束较小而具有比其他两种复合形式大得多的磁电效应。