Bei Raumtemperatur multiferroische dünne Filme und ihre Eigenschaften

Anonim

Wissenschaftler des Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) und der Tohoku University haben hochwertige epitaktische GFO-Filme entwickelt und systematisch ihre ferroelektrischen und ferromagnetischen Eigenschaften untersucht. Sie zeigten auch die Raumtemperatur-Magnetokapazitanzeffekte dieser GFO-Dünnfilme.

Multiferroische Materialien zeigen eine magnetisch getriebene Ferroelektrizität. Sie haben faszinierende Eigenschaften wie magnetische (elektrische) feldgesteuerte ferroelektrische (ferromagnetische) Eigenschaften und können in neuartigen technologischen Anwendungen wie schnellschreibend, energiesparend und zerstörungsfrei verwendet werden. Da Multiferroizität typischerweise bei niedrigen Temperaturen beobachtet wird, ist es jedoch sehr wünschenswert, multiferroische Materialien zu entwickeln, die bei Raumtemperatur beobachtet werden können.

Ga x Fe 2-x O 3, kurz GFO, ist wegen seiner großen Magnetisierung ein viel versprechendes multiferroisches Material bei Raumtemperatur. GFO-Dünnschichten wurden bereits erfolgreich hergestellt und ihre Polarisationsumschaltung bei Raumtemperatur wurde demonstriert. Jedoch müssen ihre ferroelektrischen und ferromagnetischen Eigenschaften gesteuert werden, um bessere magnetoelektrische Eigenschaften und Anwendungen von GFO-Filmen zu realisieren. Um diese Eigenschaften zu kontrollieren, ist es wichtig, die Beziehung zwischen der konstituierenden Zusammensetzung an jeder Kationenstelle und dem ursprünglichen Charakter zu verstehen.

Das Forscherteam von Mitsuru Ito an der Tokyo Tech begann daher, die Multiferroizität als Funktion des Zusammensetzungsverhältnisses von Ga und Fe in GFO-Filmen systematisch zu untersuchen. Insbesondere untersuchten sie die ferroelektrischen Eigenschaften der GFO-Filme unter Verwendung von Piezoresponse-Kraftmikroskopie und fanden heraus, dass Ga x Fe 2-x O 3 -Filme mit x = 1 und 0, 6 Ferroelektrizität bei Raumtemperatur zeigen. Die Piezoresponse-Phase kann um 180 ° umgekehrt werden, wenn eine Spannung von mehr als 4, 5 V angelegt wird. Dieses Verhalten ist typisch für ferroelektrische Materialien und ist ein starker Indikator für das Vorhandensein von schaltbarer Polarisation im Film bei Raumtemperatur.

Die Wissenschaftler bestätigten auch den Ferrimagnetismus der Filme bei Raumtemperatur durch magnetische Charakterisierung. Schließlich konnten sie die magneto-kapazitiven Effekte der GFO-Filme bei Raumtemperatur nachweisen. Sie berichteten, dass durch Ändern von x die Koerzitivfeldstärke, Koerzitivkraft und Sättigungsmagnetismuswerte gesteuert werden könnten. Sie zeigten auch, dass die ferroelektrischen und magnetischen Bereiche von Eisenoxiden vom GFO-Typ sich von denen des bekannten multiferroischen BiFeO 2 bei Raumtemperatur unterscheiden und die Vielfalt an multiferroischen Materialien bei Raumtemperatur erweitern können.

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