多铁性复合薄膜以及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多铁性复合薄膜以及其制备方法和应用，所述的多铁性复合薄膜包括衬底；生长在所述衬底表面的LSMO/STO超晶格结构；生长在所述LSMO/STO超晶格结构远离所述衬底表面的LSMO薄膜层；其中，所述LSMO/STO超晶格结构由周期性生长的镧锶锰氧LSMO薄膜层和钛酸锶STO膜层所构成。通过本发明专利技术的制备方法制得的多铁性复合薄膜具有室温多铁性，可以构造出更多的多铁性材料，为未来低功耗器件应用提供基础。提供基础。提供基础。

【技术实现步骤摘要】
多铁性复合薄膜以及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于氧化物多铁材料
，具体涉及一种LSMO/STO超晶格结构以及含有该超晶格结构的多铁复合薄膜，及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]多铁性材料是一种同时具有铁电、(反)铁磁、铁弹等两种或两种以上铁性有序的材料。迄今已在十余种不同体系化合物中发现了磁电效应，但大多数材料的居里温度(Tc)或者奈尔温度(Tn)很低，很难在室温下实现磁电耦合效应。BiFeO3是目前单相多铁性材料中唯一具有高于室温的居里温度和奈尔温度的材料。
[0003]不同于单相多铁材料，复合多铁材料则完全不同。构成磁电复合材料的铁电相和磁性相本身不具有磁电效应，但二者之间的耦合可使铁电
‑
铁磁共存体系在室温下产生显著的磁电效应。复合多铁材料的研究已十分长久，荷兰Philips实验室采用定向凝固方法制备了BaTiO3‑
CoFeO4复合陶瓷，室温下观察到强磁电耦合；清华大学研究小组采用放电等离子烧结SPS方法制备了颗粒复合陶瓷等等。随着现代薄膜制备技术(激光脉冲沉积PLD、分子束外延MBE、磁控溅射等)的发展，高质量的多铁复合薄膜被制备出来，其研究典型代表就是伯克利Ramesh研究组，在2004年Science上报道利用PLD方法在SrTiO3单晶衬底上生长BaTiO3‑
CoFe2O4复合薄膜，定性地显示了复合薄膜中存在磁电耦合效应。此外，近期康奈尔大学研究组通过制备LuFeO3/LuFe2O4超晶格实现了室温多铁性。
[0004]多铁材料由于多种序参数之间的相互耦合作用会产生新的效应，这类材料在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储与处理等领域展现出巨大的应用前景。但是由于电子器件的工作环境大多数为室温附近，因此许多多铁材料无法满足这一要求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术有必要提供一种多铁性复合薄膜，该多铁性复合薄膜含有LSMO/STO超晶格结构，其能够实现室温多铁性，从而解决许多多铁材料无法满足室温多铁性要求的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术首先提供了一种多铁性复合薄膜，所述多铁性复合薄膜包括：
[0008]衬底；
[0009]生长在所述衬底表面的LSMO/STO超晶格结构；
[0010]生长在所述LSMO/STO超晶格结构远离所述衬底表面的LSMO薄膜层；
[0011]其中，所述LSMO/STO超晶格结构由周期性生长的镧锶锰氧LSMO薄膜层和钛酸锶STO膜层所构成。
[0012]进一步方案，所述衬底选自SrTiO3、KTaO3、(LaAlO3)
0.3
(Sr2AlTaO6)
0.7
、SrLaGaO4、LaAlO3、LaSrAlO3中的一种。
[0013]进一步方案，所述衬底为SrTiO3。
[0014]进一步方案，所述超晶格结构表示为[LSMO/STO]m，其中，LSMO代表La
0.7
Sr
0.3
MnO3，STO代表SrTiO3，m代表每一层LSMO或STO的脉冲数。
[0015]本专利技术进一步提供了一种如前所述的多铁性复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将靶材和衬底置于真空镀膜系统中；
[0017]加热所述衬底，向所述真空镀膜系统中通入氧气；
[0018]根据薄膜结构对所述靶材依次起辉进行预溅射，预溅射过程中，所述衬底始终处于加热状态，且衬底挡板始终处于关闭状态；
[0019]预溅射结束后，打开衬底挡板，根据薄膜结构对所述靶材依次进行交替沉积，沉积过程中衬底始终处于旋转状态；
[0020]溅射结束后停止通入氧气，冷却至室温，制得含有LSMO/STO超晶格结构的多铁性复合薄膜；
[0021]其中，所述靶材分别为La
0.7
Sr
0.3
MnO3和SrTiO3。
[0022]进一步方案，所述真空镀膜系统的真空度＜10
‑5Pa；和/或，所述氧气的气体压力为5
‑
30Pa。
[0023]进一步方案，所述衬底的加热温度为650
‑
850℃；和/或，所述衬底的旋转转速为1
‑
20r/min。
[0024]进一步方案，所述真空镀膜系统为激光脉冲沉积系统；
[0025]优选地，所述激光脉冲沉积系统采用248nm KrF激光器。
[0026]进一步方案，所述交替沉积的过程为：首先沉积LSMO薄膜层，沉积完成后沉积STO薄膜层，交替往复沉积3
‑
20个周期；
[0027]最后沉积一层LSMO薄膜层。
[0028]本专利技术还提供了如前所述的多铁性复合薄膜或者采用如前所述的制备方法制得的多铁性复合薄膜在低功耗的多态存储或神经网络计算领域中的应用。
[0029]本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术提出了一种实现室温多铁性材料的新思路，通过在衬底上周期性的形成铁电和铁磁材料组成的超晶格结构，从而使得最终获得的多铁性复合薄膜能够实现室温多铁性。铁电性和铁磁性共存在自旋电子学领域具有潜在的应用前景，基于本专利技术的案例可以构造出更多的多铁性材料，为未来低功耗器件应用提供基础。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例1中采用脉冲激光沉积系统制备的LSMO/STO超晶格结构的示意图；
[0032]图2为实施例1中制备的不同厚度(不同脉冲数)LSMO/STO超晶格结构的XRD图谱；
[0033]图3为实施例1中制备的不同厚度(不同脉冲数)LSMO/STO超晶格结构的室温M
‑
H曲线；
[0034]图4为实施例1中制备的不同厚度(不同脉冲数)LSMO/STO超晶格结构的M
‑
T曲线；
[0035]图5为实施例1中制备的不同厚度(不同脉冲数)LSMO/STO超晶格结构的室温PFM回字侧视图。
具体实施方式
[0036]下面详细描述本专利技术的实施例，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0037]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0038]本专利技术第一方面公开了一种多铁性复合薄膜，该多铁性复合薄膜包括：
[0039]衬底；
[0040]生长在所述衬底表面的LSMO/STO超晶格结构；
[0041]生长在所述LSMO/STO超晶格结构远离所述衬底表面的LSMO薄膜层。
[0042]本文中所述的LSMO/STO超晶格结构是由周期性生长的镧锶锰氧LSMO薄膜层和钛酸锶STO薄膜层所构成。得益于超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多铁性复合薄膜，其特征在于，所述多铁性复合薄膜包括：衬底；生长在所述衬底表面的LSMO/STO超晶格结构；生长在所述LSMO/STO超晶格结构远离所述衬底表面的LSMO薄膜层；其中，所述LSMO/STO超晶格结构由周期性生长的镧锶锰氧LSMO薄膜层和钛酸锶STO膜层所构成。2.如权利要求1所述的多铁性复合薄膜，其特征在于，所述衬底选自SrTiO3、KTaO3、(LaAlO3)
0.3
(Sr2AlTaO6)
0.7
、SrLaGaO4、LaAlO3、LaSrAlO3中的一种。3.如权利要求2所述的多铁性复合薄膜，其特征在于，所述衬底为SrTiO3。4.如权利要求1所述的多铁性复合薄膜，其特征在于，所述超晶格结构表示为[LSMO/STO]m，其中，LSMO代表La
0.7
Sr
0.3
MnO3，STO代表SrTiO3，m代表每一层LSMO或STO的脉冲数。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的多铁性复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将靶材和衬底置于真空镀膜系统中；加热所述衬底，向所述真空镀膜系统中通入氧气；根据薄膜结构对所述靶材依次起辉进行预溅射，预溅射过程中，所述衬底始终处于加热状态，且衬底挡板始终处于关闭状态；预溅射结束后，打开衬底挡板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪宾，王子岳，张帆，许涌，张悦，赵巍胜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学合肥创新研究院北京航空航天大学合肥研究生院，
类型：发明
国别省市：