【摘 要】
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BiFeO3是具有反铁磁性和铁电性的无铅绿色室温多铁材料,因具有较高的铁电极化强度,在非易失存储和自旋电子学等领域具有广阔的应用前景。我们利用射频磁控溅射方法,制备了BiFeO3外延薄膜及其异质结构,系统研究了样品的微观结构、磁电耦合和电输运等特性。我们用磁性半导体Mn:Zn O（5 at.%Mn）与BiFeO3构成了复合多铁异质结。在±4V的偏置电压下,异质结可转变为高电阻态（HRS）和低电阻态
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BiFeO3是具有反铁磁性和铁电性的无铅绿色室温多铁材料,因具有较高的铁电极化强度,在非易失存储和自旋电子学等领域具有广阔的应用前景。我们利用射频磁控溅射方法,制备了BiFeO3外延薄膜及其异质结构,系统研究了样品的微观结构、磁电耦合和电输运等特性。我们用磁性半导体Mn:Zn O（5 at.%Mn）与BiFeO3构成了复合多铁异质结。在±4V的偏置电压下,异质结可转变为高电阻态（HRS）和低电阻态（LRS）,室温电阻转变开关比为～10~4%,磁化强度调控幅度为～500%。同时,低电阻态下43 Oe的磁矫顽场在高电阻态下可增至300 Oe。异质结中的氧空位受外加电场和铁电极化的影响发生迁移并形成稳定的再分布,引起电阻态和磁性的变化。我们在LaAlO3（001）基底上制备了高应力的BiFeO3/La0.67Sr0.33Mn O3外延异质结。异质结中的BiFeO3为铁电相并具有向下的自发极化,并且自发极化会引起显著的界面电荷耦合。异质结中受BiFeO3覆盖层影响的La0.67Sr0.33Mn O3薄膜相对于其单层薄膜在5和300 K下分别呈现500%和100%的饱和磁化强度增强。同时,异质结的交换偏置随BiFeO3厚度呈现先增大后减小的变化趋势,这来源于La0.67Sr0.33Mn O3薄膜的磁性转变。高应力的Pt/BiFeO3/La0.67Sr0.33Mn O3异质结具有良好的电阻开关和铁电可变光伏效应。通过测量脉冲电压R–V曲线和光照下的I–V曲线,我们发现异质结呈现出多级电阻态转变和可变光伏特性。此外,改变光照和脉冲电压对异质结进行光电双调控后,以完全相同的读取操作能重复得到四个不同的非易失性电阻态。我们在SrTiO3（001）基底上制备了Pt/La0.1Bi0.9Fe O3/Sr Ru O3异质结。室温电阻转变开关比在较小的调控电压（±2.7 V）下可达10~5%,并且可变光伏效应显示出–75到–330 m V的可调性。电阻转变和可变光伏效应主要源于铁电极化相关的界面势垒和深能级缺陷态的变化。这些基于界面电荷耦合的研究结果为实现电场控磁,以及用光照辅助电场调控异质结的非易失多级电阻提供了有效的途径。为开发新一代高速度、高密度和低功耗的新型多功能信息存储器件提供了丰富的实验基础。
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