[發(fā)明專利]一種全固態(tài)的電場可重構(gòu)磁光器件

有效

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• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107678190B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢磊;朱銀龍;秦俊;梁瀟;張燕;王闖堂
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02F1/09
• 分類號: G02F1/09
• 代理公司: 51203 電子科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于磁光器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種全固態(tài)的電場可重構(gòu)磁光器件。本發(fā)明采用全固態(tài)的結(jié)構(gòu)，使其更易與半導(dǎo)體工藝兼容；利用電場非易失地操控了磁性薄膜的磁光效應(yīng)，降低了器件的靜態(tài)功耗；利用可調(diào)材料層離子遷移的均勻性，實現(xiàn)了數(shù)百微米級范圍內(nèi)的磁光效應(yīng)的一致操控，解決了基于離子導(dǎo)電細絲機制器件難以等比例縮小的問題；采用分離開來的可調(diào)材料層與磁性介質(zhì)層，實現(xiàn)了電場操控一大類磁性絕緣體或半導(dǎo)體的磁光效應(yīng)。最終本發(fā)明在一種器件中同時實現(xiàn)了：全固態(tài)的結(jié)構(gòu)；電場非易失地操控磁光效應(yīng)；大面積操控磁性薄膜的磁光效應(yīng)；普適化操控多種磁性絕緣體或半導(dǎo)體的磁光效應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁光器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及磁性氧化物薄膜材料，具體為一種全固態(tài)的電場可重構(gòu)磁光器件。

背景技術(shù)

目前大部分的射頻與微波磁性器件以及可重構(gòu)的磁光器件的磁性控制是通過電流驅(qū)動電磁鐵實現(xiàn)。電磁鐵的功耗高，體積大，噪音大等諸多缺點阻礙了器件性能的提升。([1]Liu M,Howe B M,Grazulis L,et al.Voltage-Impulse-Induced Non-VolatileFerroelastic Switching of Ferromagnetic Resonance for ReconfigurableMagnetoelectric Microwave Devices[J].Advanced Materials,2013,25(35):4886-92.[2]Huang D,Pintus P,Zhang C,et al.Dynamically reconfigurable integratedoptical circulators[J].Optica，2017,4(1):23-30.[3]Zhou Z.Voltage Control ofMagnetism[J].Ph.D thesis.2014.[4]Liu M.E-field Tuning of Magnetism inMulitferroic Heterostructures,Ph.D thesis.2010.[5]Spaldin N A,Cheong S W,Ramesh R.Multiferroics:Past,present,and future[J].Physics Today,2010,63(10):38-43.)為了實現(xiàn)超低功耗自旋集成電路的實用化和解決后摩爾時代硅基互補金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)面臨的功耗難題，針對電磁鐵等控制磁性的傳統(tǒng)方法的弊端，利用電場直接控制物質(zhì)的磁化狀態(tài)的構(gòu)想被提出來。([6]Wang K L,Kou X,Upadhyaya P,et al.Electric-Field Control of Spin-Orbit Interaction for Low-Power Spintronics[J].2016:1-35.[7]Matsukura F,Tokura Y,Ohno H.Control of magnetism by electric fields[J].Nature Nanotechnology,2015,10(3):209-20.)

晶體材料的性質(zhì)與其中離子的種類、含量、價態(tài)、分布密切相關(guān)。特別地，磁性氧化物中磁性離子3d軌道占據(jù)狀態(tài)、晶體場、離子價態(tài)對其磁性影響大。通過控制材料中離子種類、含量、價態(tài)、分布等實現(xiàn)材料性質(zhì)的大幅度修飾是一種理論與直覺上可行的方法。因為離子帶有電荷，所以它可被外界電場驅(qū)動。這一特性使得電控離子遷移成為可能。因此，基于電控離子遷移，磁性氧化物中磁性離子的軌道填充狀態(tài)、價態(tài)與晶體場等可被改變，磁性也相應(yīng)地被電場調(diào)控。目前，電控離子遷移的低功耗、調(diào)控幅度大等諸多優(yōu)點，使其成為被廣泛而深入研究的熱點之一。