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中国计量大学曹丹课题组在多铁隧道结中铁电临界尺寸和磁电耦合研究领域获得重要进展

多铁隧道结这类同时具备铁电和铁磁特性的多铁材料磁电互控性使得它们在传感器、调制器、高压输电、尤其是信息存储领域有着十分诱人的应用潜力。而多铁隧道结能适应未来电子器件发展的需求,需要克服两个重要的技术瓶颈。一是隧道结中间铁电势垒层临界尺寸的问题,二是磁电耦合效应,因为太小的磁电耦合系数会导致器件对弱磁场和弱电场不敏感。

曹丹团队在浙江省自然科学基金的资助下,建立了多铁隧道结的理论模型, 确定多铁隧道结的界面稳定性。获得了多种增强多铁隧道结铁电极化和磁电耦合强度的方法。一是采用不同的电材料,由于合金电极FeCo的屏蔽效应比金属电极Co的要强,所以在同一铁电势垒厚度情况下,采用合金电极材料FeCo的隧道结产生的铁电极化值要比采用金属电极材料Co大。二是采用加载应变的办法。通过模拟计算发现面内压缩应变和单轴拉伸应变会导致多铁隧道结铁电极化和磁电耦合强度增大。当加载的面内压缩应变大约为2.8%时,铁电势垒BaTiO3将会出现顺电-铁电相变,随着面内压缩应变和单轴拉伸应变继续增大,多铁隧道结的极化强度也随之线性增大,如图所示三是采用非对称电极构型多铁隧道结。结果发现由于非对称电极的功函数不同,导致会在隧道结内部产生一个内建场导致BTO的铁电极化增大,铁电临界尺寸变小。

 

多铁隧道结的极化强度值随面内压缩应变(a)和单轴拉伸应变(b)的变化情况

该研究成果为多铁隧道结自旋电子器件的设计及性能评价提供了重要理论基础。共发表了标注本项目资助的SCI收录论文10篇,重要结果发表在国际期刊Phys. Chem. Chem. Phys., E. Phys. J. B, J. Mater. Sci.上。

(省基金办)

发布时间:2016-12-28 阅读数:428

 

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