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西安交大科研人员在柔性可调控磁电领域取得新进展

日期:2022-07-30    点击数:     来源:

柔性电子技术正在存储、计算、可穿戴设备领域带来技术革命,是目前电子领域的研究热点。其中,柔性化的磁电耦合异质结作为器件重要的组成部分,在学界和工业界均得以迅速发展,其应用场景包括健康监测、微波通讯、信息处理、磁传感器等。传统磁电异质结的磁性调控必须引入外部磁铁,其高功耗、难以小型化、响应时间慢等因素制约了它的广泛应用。此外,磁电结构中功能氧化物的柔性化是研究难点之一。如何制备高质量的柔性磁电复合材料,并实现多参量的耦合调控,是其应用于新一代柔性电子设备必须解决的问题。

具有褶皱结构的柔性PMA /BTO磁电异质结的制备及调控

近日,西安交通大学电信学部电子科学与工程学院刘明教授团队成功构建出具有周期褶皱结构的柔性磁电异质结。水溶牺牲层无损剥离的方法是制备异质结的关键所在,为实现“既柔又弹”高效调控的磁电应用打下基础。外部弯曲应力、热致相变可对异质结铁磁共振场有效调控。同时,利用磁光克尔显微镜(MOKE)可观察到褶皱波峰波谷间磁畴翻转的明显差异。具有垂直磁各向异性(PMA)的柔性(Co/Pt)5/BaTiO3结构的铁磁共振场在弯曲应力的作用下,面外方向调控量可达272Oe。热致结构相变引起的磁电耦合系数最高可达68Oe °C-1。褶皱引入的周期性应力梯度会导致波峰和波谷PMA磁畴的翻转有相应的变化。采用应力/应变调控磁畴翻转在功能磁性薄膜中普遍存在,该工作有望为开发新型3D磁存储器、磁传感器等自旋电子器件提供新思路。

该研究成果日前以“具有垂直磁各向异性的褶皱(Co/Pt)5/BaTiO3磁电异质结中的应变调控”(Strain Modulation of Perpendicular Magnetic Anisotropy in Wrinkle-Patterned (Co/Pt)5/BaTiO3Magnetoelectric Heterostructures)为题在国际著名学术期刊《ACS Nano》(美国化学学会-纳米)(IF=18.027)上发表,西安交通大学为该论文的第一和唯一通讯作者单位。电信学部电子科学与工程学院程宇心博士生为该论文第一作者,董国华助理教授和刘明教授为共同通讯作者。刘明教授课题组先前发现了“既柔又弹”的铁电氧化物薄膜,该研究是使其迈向实际应用的重要成果。

刘明教授课题组于2019年首次报道了自支撑超柔BTO薄膜“即柔又弹”的力学特性(Science,2019,366, 475–479),之后一直致力于该方向的基础研究和应用探索。随后在BFO薄膜中发现类似的力学特性(Science Advances,2020,6, eaba5847);制备了具有周期性褶皱的BTO薄膜(Advanced Materials,2020,32, 2004477);构建出LSMO/BTO微纳弹簧(Advanced Materials,2022, 34, 2108419)。在应用方面,前期探索了柔性Fe/BTO的应力/热致相变调控(Advanced Functional Materials,2021, 2009376)。基于以上研究,本工作成功实现了对BTO/功能磁性薄膜的调控。上述一系列工作为新型柔性电子器件的开发打下坚实基础。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助,同时感谢分析测试共享中心长期提供的技术支持。

刘明教授主页:http://gr.xjtu.edu.cn/web/mingliu

论文连接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c04754

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