[發(fā)明專利]基于非晶SmCo的磁電耦合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810072164.3
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108251799B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁文會;胡鳳霞;熊杰夫;李佳;喬凱明;劉瑤;匡皓;王晶;孫繼榮;沈保根
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/34;C23C14/35;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅;趙巖

本發(fā)明提供一種具有面內(nèi)磁各向異性和磁電耦合性質(zhì)的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法和應(yīng)用，所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)依次包括：(011)取向的單晶襯底、非晶SmCo膜層和Cr覆蓋層。由(011)取向的單晶襯底所提供的面內(nèi)各向異性應(yīng)力場可誘導(dǎo)非晶SmCo薄膜產(chǎn)生面各向異性。其中，當(dāng)襯底為PMN?PT時，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)具體來說是一種磁電耦合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的磁電耦合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是一種全新的以非晶永磁SmCo合金做為鐵磁層的多鐵復(fù)合物異質(zhì)結(jié)。由于兼具良好面各向異性和非易失性各向異性磁記憶效應(yīng)，該異質(zhì)結(jié)在磁存儲、磁記錄、高靈敏磁電弱信號探測器、磁能積可調(diào)的微型永磁材料，傳感器、邏輯器件和電控磁記錄等方面都有潛在的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于非晶SmCo的磁電耦合異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及一種具有面各向異性和非易失性磁記憶效應(yīng)的非晶SmCo薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

非晶SmCo薄膜在信息存儲方面具有非常大的應(yīng)用潛能，其高矯頑力對于高存儲密度的實現(xiàn)至關(guān)重要，而非晶態(tài)中較少的晶界又保證了較高的信噪比，與此同時，光滑的薄膜表面使得接觸式磁記錄成為可能，除此之外，具有面各向異性的非晶SmCo薄膜使得磁記錄的發(fā)展更加迅猛。人們對非晶SmCo薄膜的疇結(jié)構(gòu)、磁各向異性以及磁致伸縮等性質(zhì)進行了廣泛的研究。但到目前為止，非晶SmCo薄膜的面各向異性都是由生長過程中平行于膜面的外加磁場誘導(dǎo)產(chǎn)生的，易磁化軸沿著外磁場方向，而且這些薄膜大多生長在多晶或者非晶襯底上，尚沒有報道由各向異性的單晶襯底提供的應(yīng)力場誘導(dǎo)產(chǎn)生的非晶SmCo薄膜的面各向異性，而此種材料對信息存儲器的發(fā)展來說，無疑是非常重要的。

磁電耦合或者逆磁電耦合效應(yīng)是指在某一種材料中加磁場導(dǎo)致物質(zhì)的電極化狀態(tài)發(fā)生變化或者加電場導(dǎo)致物質(zhì)的磁化狀態(tài)發(fā)生變化，也即在同一種材料中實現(xiàn)磁性和電性的耦合。由于從傳統(tǒng)的鐵電性和鐵磁性的實現(xiàn)機理來說，兩者在同一種材料中同時實現(xiàn)以及產(chǎn)生耦合效果是非常困難的。現(xiàn)有的具有磁電耦合的單相材料包括BiFeO₃、Cr₂O₃、TbMnO₃、YMnO₃和MnWO₄等。這類材料種類比較少，鐵電性和鐵磁性都比較弱，并且其耦合作用也比較弱。

近些年來，一類研究比較廣泛的磁電耦合復(fù)合材料體系引起人們的極大關(guān)注，這類材料簡單的將鐵電性和鐵磁性的材料復(fù)合在一起，其形式包括0-3型顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)，1-3型柱狀復(fù)合結(jié)構(gòu)以及2-2型層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)等。但是這些復(fù)合形式都有各自的缺點，比如，0-3型顆粒復(fù)合時，由于界面之間的相互滲透作用，鐵電材料的絕緣性下降，從而導(dǎo)致電荷泄露問題。

一種比較廣泛的復(fù)合方式，即薄膜的生長，這種復(fù)合方式的優(yōu)點在于，通過一些日趨成熟的薄膜生長技術(shù)，比如磁控濺射、分子束外延以及脈沖激光沉積技術(shù)將不同的相(鐵電相和鐵磁相)直接以原子級別的結(jié)合方式結(jié)合起來，從而將鐵電材料和鐵磁材料復(fù)合起來。在已有的報道中，具有代表性的壓電材料包括PbTiO₃、BaTiO₃、PMN-PT等，而鐵磁性材料則包括具有相分離效應(yīng)的錳氧化物L(fēng)aCaMnO₃和LaSrMnO₃，以及軟磁金屬單質(zhì)和合金，包括Fe、Ni、Co、FeCoB等，以及Fe₃O₄、CoFe₂O₄等鐵酸鹽。通過將這兩類材料用各種不同的手段結(jié)合起來，可以實現(xiàn)在不同溫度區(qū)域?qū)τ阼F磁性材料的矯頑力，飽和磁化強度，以及剩磁等各種磁性參數(shù)的調(diào)控。

在已有的報道中，電場對于磁性的調(diào)控多數(shù)屬于線性調(diào)控，是“易失的”，不具有記憶效應(yīng)，即當(dāng)施加在樣品上的電場撤回到零時，由于應(yīng)變隨電場的撤銷而消失，從而導(dǎo)致磁性薄膜對電場的響應(yīng)不能夠穩(wěn)定在電場作用下的狀態(tài)，而是很快回到了未加電場時的初始狀態(tài)，這對應(yīng)用是很不利的。磁存儲需要具有非易失性，也就是具有記憶效應(yīng)，寫入或者讀取數(shù)據(jù)后能夠繼續(xù)保留數(shù)據(jù)，即撤掉電場后仍能保持在調(diào)控后的狀態(tài)，所以具有非易失性磁記憶效應(yīng)的材料是才能夠更好地被應(yīng)用于磁存儲領(lǐng)域。