一种复相多铁材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复相多铁材料的制备方法。本发明专利技术在衬底上或施加电场使铁电衬底产生应力预变形，或通过机械装置在铁电衬底上施加拉应力或压应力产生预变形；在预变形的铁电薄膜衬底上通过脉冲激光沉积、磁控溅射、或分子束外延等方法生长铁磁性薄膜；在铁磁性薄膜制备完成后，移除铁电衬底上的电场或机械装置，获得复相多铁材料；铁电衬底在铁磁性薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性薄膜的磁性受该应力的调控。本发明专利技术获得的复相多铁材料中预应力的存在，使得较小的外电场就可能改变铁磁性薄膜的磁化状态，降低了响应场。

【技术实现步骤摘要】
一种复相多铁材料的制备方法
本专利技术涉及一种复相多铁材料的制备方法，属于材料制备领域。
技术介绍
在现代科技中，磁性材料和铁电材料具有非常广泛而重要的应用，已渗透到我们日常生活的各个部分。随着科学技术的发展以及对器件小型化、多功能化的要求，人们自然而然的想到将两种性质整合到同一材料当中，获得同时具有磁性和铁电性的材料。并且材料中的磁性和铁电性之间相互耦合，实现磁场对铁电性或电场对磁性的调控，为新的原型器件如电写磁读的存储方式提供可能。瑞士日内瓦大学的Schmid于1994年首先提出多铁性材料的概念，它是指在材料中同时存在两种或两种以上铁性，如铁电、铁磁、铁弹等。然而，到目前为止真正铁磁铁电共存的单相化合物非常少，大部分研究的单相多铁材料是具有反铁磁性和自发电极化的材料。单相材料中铁电铁磁性难以共存，并且其磁电耦合效应较弱，限制了它们的实际应用。然而将铁磁材料和铁电材料通过一定方式结合而得到的复合材料被称为复相多铁材料。复相多铁中的磁电耦合需要中间物理参量，通过两相之间的界面进行传递。压电材料和磁致伸缩材料之间的复合利用的是两相之间的应力传递，由于乘积效应导致了磁电耦合。铁电材料在外加电压下会产生应变（逆压电效应），而在外加压力下会产生电压（压电效应）；铁磁材料在外加磁场下会产生应变（磁致伸缩效应），而在外加压力下磁化会发生变化（压磁效应）。如果将铁电材料和铁磁材料以一定的方式复合，如块状的颗粒复合体系、铁电铁磁片子粘结组成的层状结构、以及铁磁薄膜制备在压电的衬底上构成的异质结等，通过外加电场（磁场）产生应变经由界面传递到另一相中从而对磁性（极化）产生影响，实现电场调控磁性或者磁场调控电极化。复相多铁材料按照两相之间的连通方式可以分为：0-3型颗粒复合体系，2-2型层状复合体系以及1-3型纳米柱复合体系。其中2-2型层状复合体系是指将铁磁和铁电物质一层一层沉积在基片上，或者直接将铁磁层生长在铁电衬底上，或者将铁磁和铁电材料高温烧结连接起来构成的多铁材料。这种复合方式能够表现出较大的磁电耦合效应。近来复相多铁沿着多铁异质结的方向发展，将铁磁层生长在铁电衬底上，或者在纳米尺度上将铁电和铁磁材料复合制备出多铁隧道节，研究多铁材料界面处磁性、铁电和输运性质之间的耦合。但目前多铁性异质结结构的研究中普遍存在电控磁效应弱，需要的调控场强度高等缺点，因此开发新的异质结薄膜的制备方法，获得强电控磁效应以及低响应场等成为当务之急。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复相多铁材料的制备方法。本专利技术通过施加电场或机械装置使铁电衬底发生预变形，而后在衬底上制备复相多铁材料，制备完成后撤除电场或机械装置，铁电衬底在铁磁性薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性薄膜的磁性受该应力的调控。本专利技术的具体步骤为：1）衬底选择选择PMN-PT、BFO、PZT、BTO、PTO、PZN-PT中的一种为铁电衬底材料；2）衬底预应力加载将步骤1）中的铁电衬底材料固定在制膜设备中，或施加电场使铁电衬底产生应力预变形，或通过机械装置在铁电衬底上施加拉应力或压应力产生预变形；3）铁磁性薄膜制备在预变形的铁电薄膜衬底上通过脉冲激光沉积、磁控溅射、或分子束外延等方法生长铁磁性薄膜；所述的铁磁性薄膜为Fe、Co、Ni、TbDyFe、NiMnGa、CoFe、CoFe2O4、Fe3O4、LaSrMnO中的一种；4）获得复相多铁材料在铁磁性薄膜制备完成后，移除步骤2）中施加在铁电衬底上的电场或机械装置，获得复相多铁材料；铁电衬底在铁磁性薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性薄膜的磁性受该应力的调控。本专利技术的有益效果：通过施加电场或机械装置使铁电衬底发生预变形，在复相多铁材料制备完成后，撤除电场或机械装置，铁电衬底在铁磁性薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性薄膜的磁性受该应力的调控；后续再通过施加电场研究其电控磁效应时，电场产生的应力和在复相多铁材料中原本存在的预应力叠加，产生的综合应力使铁磁性薄膜的磁化状态发生改变，实现电控磁的技术效果；由于复相多铁材料中预应力的存在，使得较小的外电场就可能改变铁磁性薄膜的磁化状态，降低了响应场。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细描述，以便更好地理解本专利技术的目的、特点和优点。虽然本专利技术是结合该具体的实施例进行描述，但并不意味着本专利技术局限于所描述的具体实施例。相反，对可以包括在本专利技术权利要求中所限定的保护范围内的实施方式进行的替代、改进和等同的实施方式，都属于本专利技术的保护范围。对于未特别标注的工艺参数，可按常规技术进行。本专利技术的具体步骤为：1）衬底选择选择PMN-PT、BFO、PZT、BTO、PTO、PZN-PT中的一种为铁电衬底材料；2）衬底预应力加载将步骤1）中的铁电衬底材料固定在制膜设备中，或施加电场使铁电衬底产生应力预变形，或通过机械装置在铁电衬底上施加拉应力或压应力产生预变形；3）铁磁性薄膜制备在预变形的铁电薄膜衬底上通过脉冲激光沉积、磁控溅射、或分子束外延等方法生长铁磁性薄膜；所述的铁磁性薄膜为Fe、Co、Ni、TbDyFe、NiMnGa、CoFe、CoFe2O4、Fe3O4、LaSrMnO中的一种；4）获得复相多铁材料在铁磁性薄膜制备完成后，移除步骤2）中施加在铁电衬底上的电场或机械装置，获得复相多铁材料；铁电衬底在铁磁性薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性薄膜的磁性受该应力的调控。在复合多铁材料上施加电场研究其电控磁效应时，电场产生的应力和在复相多铁材料中原本存在的预应力叠加，产生的综合应力使铁磁性薄膜的磁化状态发生改变，实现电控磁的技术效果。实施例1：步骤为：1）衬底选择选择PMN-PT为铁电衬底材料；2）衬底预应力加载将步骤1）中的PMN-PT铁电衬底材料固定在脉冲激光沉积设备中，施加电场使铁电衬底产生应力预变形；3）铁磁性薄膜制备在预变形的PMN-PT铁电薄膜衬底上通过脉冲激光沉积方法生长铁磁性Fe薄膜；4）获得复相多铁材料在铁磁性Fe薄膜制备完成后，移除步骤2）中施加在PMN-PT铁电衬底上的电场，获得复相多铁材料；PMN-PT铁电衬底在铁磁性Fe薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性Fe薄膜的磁性受该应力的调控。实施例2：1）衬底选择选择BFO为铁电衬底材料；2）衬底预应力加载将步骤1）中的BFO铁电衬底材料固定在磁控溅射设备中，通过机械装置在铁电衬底上施加拉应力产生预变形；3）铁磁性薄膜制备在预变形的BFO铁电薄膜衬底上通过磁控溅射方法生长铁磁性Co薄膜；4）获得复相多铁材料在铁磁性Co薄膜制备完成后，移除步骤2）中施加在铁电衬底上的机械装置，获得复相多铁材料；BFO铁电衬底在铁磁性Co薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性Co薄膜的磁性受该应力的调控。实施例3：1）衬底选择选择PZT为铁电衬底材料；2）衬底预应力加载将步骤1）中的PZT铁电衬底材料固定在分子束外延设备中，通过机械装置在铁电衬底上施加压应力产生预变形；3）铁磁性薄膜制备在预变形的PZT铁电薄膜衬底上通过分子束外延方法生长铁磁性Ni薄膜；4）获得复相多铁材料在铁磁性Ni薄膜制备完成后，移除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复相多铁材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）衬底选择选择PMN‑PT、BFO、PZT、BTO、PTO、PZN‑PT中的一种为铁电衬底材料；2）衬底预应力加载将步骤1）中的铁电衬底材料固定在制膜设备中，或施加电场使铁电衬底产生应力预变形，或通过机械装置在铁电衬底上施加拉应力或压应力产生预变形；3）铁磁性薄膜制备在预变形的铁电薄膜衬底上通过脉冲激光沉积、磁控溅射、或分子束外延等方法生长铁磁性薄膜；所述的铁磁性薄膜为Fe、Co、Ni、TbDyFe、NiMnGa、CoFe、CoFe2O4、Fe3O4、LaSrMnO中的一种；4）获得复相多铁材料在铁磁性薄膜制备完成后，移除步骤2）中施加在铁电衬底上的电场或机械装置，获得复相多铁材料；铁电衬底在铁磁性薄膜的约束下无法再变回原来形状，因而在界面处产生应力，铁磁性薄膜的磁性受该应力的调控。

【技术特征摘要】
1.一种复相多铁材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：1）衬底选择选择PMN-PT、BFO、PZT、BTO、PTO、PZN-PT中的一种为铁电衬底材料；2）衬底预应力加载将步骤1）中的铁电衬底材料固定在制膜设备中，或施加电场使铁电衬底产生应力预变形，或通过机械装置在铁电衬底上施加拉应力或压应力产生预变形；3）铁磁性薄膜制备在预变形的铁电薄膜衬底上通过脉冲激光沉积、磁控溅射...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静，彭晓领，杨艳婷，徐靖才，王攀峰，金红晓，金顶峰，洪波，王新庆，葛洪良，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33