[发明专利]一种反铁磁/铁电多铁异质结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种反铁磁/铁电多铁异质结构及其制备方法，属于电子元件领域。其具有(111)取向的高性能PMN‑PT铁电单晶衬底，高性能PMN‑PT铁电单晶衬底上表面设有外延生长特性的钙钛矿型LaVO₃反铁磁薄膜；通过控制施加在该多铁异质结构上的直流电场强度，使得高性能PMN‑PT铁电单晶衬底诱导出压电应变，该应变通过刚性的外延界面传递至钙钛矿型LaVO₃反铁磁薄膜，从而实现当直流电场撤去时LaVO₃薄膜应变和电阻回到初始态，或者不会回到初始态这两种不同的状态。本方法制备反铁磁/铁电多铁异质结构方法简单，生产方便，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明专利涉及一种反铁磁/铁电多铁异质结构及其制备方法，属于电子元件领域。

背景技术

与巨磁阻锰氧化物相似，钙钛矿型钒酸镧LaVO₃也是“晶格－电荷－自旋－轨道”相互作用的强关联电子体系，由于多种量子态自由能相近使得它们相互竞争和共存，蕴藏着十分丰富的物理现象。LaVO₃中仅存在V³⁺离子，是具有3d²电子构型的典型莫特(Mott)绝缘体，其磁结构是C型反铁磁有序，反铁磁相变温度为T_N～140K。一些物理条件(如应变场等)可引发钒酸镧各种亚稳相之间的相互转换，使得系统出现金属－绝缘体相变、反铁磁－顺磁相变、轨道有序－无序转变等一系列奇异的物理效应。2004年，Masuno等人【A.Masunoet al.,Solid State Ionics 172,275–278(2004)】将LaVO₃薄膜外延生长在KTaO₃，SrTiO₃，(LaAlO₃)_0.3–(SrAl_0.5Ta_0.5O₃)_0.7和LaAlO₃单晶衬底上，发现KTaO₃和SrTiO₃衬底上的薄膜具有良好的晶格匹配，而在(LaAlO₃)_0.3–(SrAl_0.5Ta_0.5O₃)_0.7和LaAlO₃衬底上的薄膜出现晶格弛豫。2012年，He等人【C.He et al.,Physical Review B 86,081401(R)(2012)】将28nm厚的LaVO₃薄膜生长在SrTiO₃和DyScO₃单晶衬底上，发现SrTiO₃衬底上的薄膜面内受压应变作用，呈现出金属导电性质，而DyScO₃衬底上的薄膜面内受拉应变作用，呈现出半导体导电性质。并且，随着SrTiO₃衬底上的薄膜厚度减小至15nm，薄膜在低温出现金属—绝缘体转变，在温度为2K时的面内磁阻也从负值改变为正值。这种利用薄膜与衬底的晶格失配和薄膜厚度效应，研究应变对薄膜微结构和物理性能影响的方法，是一种常见的静态调控手段，但是薄膜的性能还会受到衬底表面粗糙度、薄膜的氧含量、生长模式、晶粒大小、组分偏离、界面死层等各种其它因素的影响，无法获得应变对薄膜物理性能的本征影响规律。