C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究.结果表明,当压力在0～6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure).伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.

Co-Ti共掺杂M型六角钡铁氧体磁电耦合研究

磁电多铁性材料具新颖的磁电耦合特征,可用于构建新型传感器和高密度存储器件.但大多数单相磁电材料磁电共存相变温度低,需较大的驱动磁场来获得磁电耦合.六角铁氧体可明显改善这两方面性能,但还需提高其相变温度及电阻率.文中采用Co及Ti元素对M型六角铁钡氧体进行大剂量共掺杂,制备了一系列铁氧体陶瓷BaFe_(12-2x)Co_xTi_xO_(19)(x=04).同时利用物理性能综合测试仪(PPMS)及其他检测仪器搭建了一套磁电测试系统,并结合LabVIEW软件编程实现自动控制和数据采集,对这些样品的磁性、电性、磁介电和磁电耦合特性进行了系统表征.结果表明,Co-Ti共掺杂可显著改变M型六角钡铁氧体的矫顽场及饱和磁化强度.同时,这种掺杂(掺杂量x≥2)可使漏电流降低近3个数量级.值得一提的是,在掺杂量x=2的样品中观测到室温下的磁介电效应,同时在100 K以下温度段观测到明显的磁致铁电极化,且其电极化方向可被磁场反转.该结果在探索新型多铁六角铁氧体及推进其应用化进程具有一定的意义.

微纳尺度多铁异质结中电驱动磁反转

近年来,多铁异质结中电控磁性研究引起了广泛关注,已成为多铁领域的热点.现代自旋电子学器件(如磁内存)通常利用电流产生的磁场或自旋转移扭矩效应驱动磁反转来实现数据擦写,但这带来高额能耗和热量,成为亟待解决的关键难题.而利用多铁异质结实施电场驱动磁反转则有望大幅降低能耗,从而实现高速、低能耗、高稳定性新型高密度磁存储、逻辑及其他自旋电子学器件.在当前器件发展的微型化趋势下,探索可集成化的微纳尺度电场驱动磁反转方案显得越发重要.本文针对发展新型磁电器件所面临的微型化关键问题,回顾了微纳尺度电场驱动磁反转研究的新进展,主要关注小尺度多铁异质结中电控磁的新特点、新方法及相关物理机理的实验和理论成果,讨论了进入纳米尺度将面临的挑战,并对未来研究工作提出一些展望.

高温度稳定性磁斯格明子的材料发现及性能调控

文章报道了阻挫型磁体Fe3Sn2中高温度稳定性磁斯格明子材料的发现以及利用电流实现斯格明子自旋手性翻转的一系列工作。作者首先基于合金化设计的思想,解决了晶体取向生长困难和易发生包晶反应这两个关键技术难题,生长出了高质量的Fe3Sn2单晶样品。通过原位洛伦兹电镜观测发现,该材料体系具有室温磁性斯格明子,并具有多种拓扑形态,而且在外部磁场作用下可以相互转化。作者进一步利用聚焦离子束(FIB)技术,采用空间几何受限方法,制备出了磁斯格明子单链排列的“赛道”纳米条带样品。实验发现,该样品中斯格明子可以在室温到630 K极宽温区内保持其尺寸及间距不变,这表明该材料中斯格明子具有极高的温度稳定性。在这些研究工作基础上,作者在“赛道”纳米条带样品中进一步实现了电流驱动的斯格明子自旋手性翻转。作者这一系列关于高温度稳定性磁斯格明子材料以及相关器件的探索工作,从材料和器件两个方面推进了磁斯格明子材料的实用化。

电场驱动磁翻转--面向未来的低耗能磁电信息器件

利用磁电耦合实现电场驱动磁翻转是多铁性材料领域的重要方向,有望用于大幅降低自旋电子学器件的能耗,并为解决日益增长的数据处理用电问题提供一种新方案。在过去几年,纯电控磁研究经历了曲折历程,取得一系列重要突破,包括纳米复合异质结构筑、应变耦合驱动电控180°磁翻转、界面磁交换耦合实现低电压驱动180°磁翻转,以及电场调控斯格明子磁性拓扑态等,为进一步开发超低能耗磁电存储或逻辑器件奠定了基础。文章聚焦于面向磁电信息器件的纯电场调控磁翻转,并简要回顾近十年来这一分支领域的发展历程和重要进展,梳理该领域目前所面临的问题并展望未来研究方向。

多铁性纳米点结构及微纳器件应用

在当前电子技术微型化和高度集成化的趋势下,多铁性纳米材料的研究正逐渐成为一个重要主题。这方面的研究还处在起步阶段,在材料的制备工艺和表征手段方面还面临诸多挑战。文章简要介绍了多铁性纳米点的制备工艺(包括离子刻蚀、自组构、多孔氧化铝模板方法等)和以多功能扫描探针为代表的表征手段,还介绍了纳米点带来的新颖的物理现象及其在微纳器件应用等方面的研究进展。