论文部分内容阅读
多铁性材料是一种兼具磁性与铁电性的新型多功能材料。利用多铁性材料与自旋极化材料的复合，人们可以实现电场对材料自旋电子学性质的调控，具有重要的应用价值。作为I型多铁性材料的代表，BiFeO3具有多种晶体结构以及丰富的磁、电性质。若实现半金属磁性氧化物Fe3O4与BiFeO3的外延复合，界面处将存在更加丰富的耦合效应。我们利用射频溅射和对向靶直流反应溅射法制备了外延BiFeO3及Fe3O4/BiFeO3复合薄膜，并对其微观结构、磁性及输运性质进行了系统研究。在SrTiO3(100)、(111)和LaAlO3(100)基底上制备的外延BiFeO3薄膜分别具有三方相(Rhombohedral phase,R phase)和四方相(Tetragonal phase,T phase)结构。适度降低基底温度和沉积速率有利于Fe3O4薄膜在BiFeO3表面的外延生长。BiFeO3成膜遵循岛状生长模式，表面粗糙度随着薄膜厚度的增加先增大后减小。外延Fe3O4/BiFeO3复合薄膜的饱和磁化强度随铁磁层厚度的减小呈反比例增大，表现出明显的界面耦合特征。在外延Fe3O4/BiFeO3复合薄膜中，交换偏置效应随测量温度的升高逐渐减弱，并在100K附近消失。耦合效应主要来自[Fe2O4]/[FeO2]界面处的Fe O Fe超交换作用。随着测量温度的升高，热激活效应逐渐抵消超交换作用对界面磁矩的钉扎，交换偏置场(H EB)逐渐减小。外延Fe3O4/BiFeO3复合薄膜的磁电阻曲线在低场下的双峰与矫顽力相对应。由于自旋散射受到界面钉扎效应的影响，曲线峰值及峰位均表现出不对称性，并随着测量温度的降低而显著。随着测量磁场的增大，各向异性磁电阻中的单向各向异性逐渐增强。我们认为，这是由于高场下钉扎方向附近的磁矩扭转程度增大，对载流子形成更加明显的散射效应。AMR拟合结果发现，交换耦合作用导致界面的反铁磁剩余磁矩随磁化过程逐渐接近铁磁层易磁化方向。T相外延Fe3O4/BiFeO3复合薄膜比R相外延复合薄膜具有更加明显的交换偏置效应。3K时，HEB由R相薄膜的160Oe增大至T相薄膜的320Oe。这是由于T相BiFeO3晶格的结构畸变导致复合结构界面处Fe O Fe键角与R相复合结构相比增大，从而产生更加明显的超交换作用。