Elektrische veldafstemming Niet-vluchtig magnetisme in halfmetalen legeringen Co2FeAl/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 Heterostructuur

Resultaten en discussies

De basisbouwstenen van de CFA / PMN-PT-heterostructuur en het coördinatensysteem van statische magnetische metingen in het vlak werden respectievelijk getoond in Fig. 1a, b. Het effectieve elektrisch veld-geïnduceerde piezostrain-veld (H _σ ) en magnetisch anisotropieveld (H _k ) staan ​​loodrecht op elkaar. We definiëren het magnetische veld H toegepast langs [100] richting als 0°, terwijl de [01-1] richting als 90° [26]. Van de PMN-PT hysteresislus (P -E lus, 1 Hz) en rekcurve (S -E ), gemeten met ferro-elektrische en rekstrookjes in figuur 1c, kunnen we zien dat de verzadigingspolarisatie van PMN-PT ongeveer 25 μCcm ⁻² is , en het dwangveld is ongeveer 100 V (2,5 KVcm ⁻¹ ). Het MFM-beeld wordt gemeten toen het aangelegde magnetische veld 1000 Oe werd verwijderd, zoals weergegeven in figuur 1d. De donkere en lichte gebieden duiden op de vorming van een magnetisatiecomponent buiten het vlak. Dientengevolge vormt zich een reeks oscillerende "op en neer" magnetische domeinen, bekend als stripe domain (SD), wat het bestaan ​​suggereert van omvangrijke loodrechte magnetische anisotropie [27].

Schema van de CFA/PMN-PT multiferroïsche heterostructuur (a ) en schema van het coördinatensysteem (b ). α , φ , en θ zijn de hoeken van het effectieve elektrisch veld-geïnduceerde piezostrain-veld (H _σ ), magnetisch anisotropieveld (H _k ), en magnetisatie (M _s ) met betrekking tot het totale effectieve veld (H ₀ ), respectievelijk. θ ₀ is de hoek van de H _k met betrekking tot het magnetische veld (H ). c De hysteresislus (P -E lus, 1 Hz) en rekcurve (S -E ) van PMN-PT-substraat in de richting [100]. d Een typisch MFM-beeld van CFA-film

De magnetische hysteresislussen van de CFA/PMN-PT heterostructuur werden gemeten in de richting van [100] en [01-1] onder aangelegde elektrische velden van ± 0 en ± 5 kVcm ⁻¹ [11]. Het elektrische veld werd van boven naar beneden aangelegd als positief, anders negatief. De − 0 en + 0 kVcm ⁻¹ zijn resterende polarisatietoestanden na de aangelegde elektrische velden van − 10 en + 10 kVcm ⁻¹ respectievelijk uitgeschakeld. De magnetische hysteresislussen zoals weergegeven in figuur 2a gaven een duidelijke magnetische anisotropie in het vlak aan. De blauwe lijn vertegenwoordigt de gemakkelijke magnetisatierichting van de hysteresislus in het vlak langs de richting [100], en de remanente magnetisatie is aanzienlijk kleiner dan de verzadigingsmagnetisatie. De M -H lussen werden gevormd door een twee magnetisatieproces:de M -H curve vertoont een lineair verband tussen het aangelegde magnetische veld van het positieve verzadigingsveld tot het negatieve coërciviteitsveld en de abrupte omkering van M wanneer de H bereikt coërciviteitsveld; de M -H curve keert terug naar een lineair verband naarmate het aangelegde magnetische veld blijft afnemen, wat kan worden aangenomen dat de film een ​​streepdomeinstructuur heeft. De rode lijn geeft de richting van de harde magnetisatie aan, die wordt gemeten in de richting [01-1]. Afbeelding 2b toont de hysteresislussen van de CFA/PMN-PT heterostructuur onder het elektrische veld E = 5 kVcm ⁻¹ . Vergeleken met het resultaat zoals weergegeven in figuur 1a, draait de gemakkelijke asrichting 90°, dat wil zeggen, het roteert van de richting [100] naar [01-1] [28,29,30]. Zoals weergegeven in figuur 2c, valt de blauwe lijn samen met de rode lijn en verdwijnt de magnetische anisotropie in het vlak onder de polarisatietoestand + 0 kVcm ⁻¹ . De magnetische gemakkelijke as keert terug naar de richting [100] wanneer het aangelegde elektrische veld blijft afnemen tot − 5 kVcm ⁻¹ zoals weergegeven in Fig. 2d. Om de verandering van het magnetische anisotropieveld met verschillende elektrische velden te onderzoeken, werd de remanente magnetisatie onder verschillende hoeken gemeten zoals weergegeven in figuur 2e. Bij deze meting werd het monster geroteerd van 0° tot 360° in het vlak met de stap van 5°. De magnetische anisotropie in het vlak wordt gemeten in de CFA/PMN-PT heterostructuur. Bij − 0 kVcm ⁻¹ , is de gemakkelijke magnetisatierichting van de remanente magnetisatiecurve in het vlak langs de richting [100]. De waarde van relatieve remanente magnetisatie (M _r /M _s ) is aanzienlijk kleiner dan 1, wat aangeeft dat een deel van het magnetische moment niet coherent is. Met toenemend elektrisch veld tot + 2,5 kVcm ⁻¹ , neemt de magnetische anisotropie af. Als u doorgaat met het vergroten van het elektrische veld tot + 5 kVcm ⁻¹ , verschijnt de magnetische anisotropie in het vlak opnieuw. Vergeleken met de remanente magnetisatiecurve bij − 0 en + 5 kVcm ⁻¹ , draait de gemakkelijke as 90 °, wat consistent is met het resultaat van hysteresislussen zoals weergegeven in Fig. 2a, b. Dit kan worden toegeschreven aan het piëzo-spanningseffect dat wordt veroorzaakt door een elektrisch veld, en het piëzo-elektrische effect van PMN-PT zal nieuwe magnetische anisotropie produceren (stressanisotropie H _σ ) in de CFA/PMN-PT heterostructuur. De magnetische anisotropie van de CFA/PMN-PT heterostructuren wordt beïnvloed door de combinatie van H _σ en H _k [31].

a–d De magnetische hysteresislussen bij − 0, 0, 5 en − 5 kVcm ⁻¹ , respectievelijk. e Gemeten M _r /M _s versus θ ₀ bochten onder verschillende elektrische velden

Om het door het elektrische veld geïnduceerde piëzostrain-effect te verifiëren, werd de remanente magnetisatie met het aangelegde elektrische veld in de [01-1] en [100] richtingen gemeten. We hebben de verandering van remanente magnetisatie gemeten door het elektrische veld te vegen na verwijdering van het magnetische verzadigingsveld 1200 Oe in respectievelijk de [100] en [01-1] richtingen. De asymmetrische vlinderachtige remanente magnetisatie versus het aangelegde elektrische veld wordt verkregen. We kunnen vaststellen dat de remanentie van de CFA/PMN-PT heterostructuur reageert op een elektrisch veld in de vorm van een vlinder; de M -E krommen werden gemeten door het elektrische veld te vegen van + 10 tot − 10 kVcm ⁻¹ in afb. 3a, c. Deze respons is symmetrisch met de variatiecurve van spanning met elektrisch veld, wat aangeeft dat het spanningseffect een dominante rol speelt in de magnetische controle van het monster. Het is vermeldenswaard dat de resterende magnetisatie in de resterende polarisatietoestand (± 0 kVcm ⁻¹ ) verschilt van + 10 kVcm ⁻¹ aangetoond door de hoofdletters A en E in Fig. 3 en − 10 kVcm ⁻¹ aangetoond door B en F, wat de restspanning is van het PMN-PT-substraat. Restpolarisatiestatus is de remanentie van de 0 kVcm ⁻¹ toestand, die is afgeleid van de PMN-PT-substraatrestspanning, en niet hetzelfde bij + 10 en − 10 kVcm ⁻¹ . Het komt overeen met de curve van de residuele rek in Fig. 1c.

een , c De afhankelijkheid van M _r /M _s van het elektrische veld werd gemeten door het elektrische veld van + 10 tot − 10 kVcm ⁻¹ te vegen respectievelijk in de richtingen [100] en [01-1]. b , d De afhankelijkheid van M _r /M _s op het elektrische veld werd gemeten door het elektrische veld van vorm + 5 naar − 5 kVcm ⁻¹ te vegen respectievelijk in de richtingen [100] en [01-1]. De cijfers en pijlen geven de stappen en richting van de meting aan. En de hoofdletters in deze figuur drukken de waarden uit van M _r /M _s bij de resterende polarisatietoestanden

We hebben experimenten gedaan met de relatie tussen de remanentie in de onverzadigde polarisatietoestand (± 5 kVcm ⁻¹ ) met het elektrische veld in de [100] en [01-1] richtingen, om de niet-vluchtige controle van het elektrische veld weer te geven. Er kan worden vastgesteld dat de verandering van de remanentie met het elektrische veld ook een verandering in de vorm als een lus laat zien, en de remanentie van het monster vertoont een goede niet-vluchtige, die afkomstig is van de resterende polarisatiespanning onder de positieve en negatieve elektrische velden, zoals weergegeven in Fig. 3b, d. Dit biedt goede vooruitzichten voor stresstolerante niet-vluchtige geheugenapparaten.

Voor magnetische geheugentoepassing werd de niet-vluchtige remanentie in het gepulseerde elektrische veld bereikt, zoals weergegeven in Fig. 4. Intermitterende positieve en negatieve elektrische velden van ±  5 of ±  10 kVcm ⁻¹ worden toegepast over het monster in de [100] en [01-1] richtingen. Eerst wordt het magnetische veld ingesteld op 1200 Oe en vervolgens teruggebracht tot 0. Vervolgens wordt het gepulseerde elektrische veld eerst vastgehouden op ± 5 kVcm ⁻¹ in de richting [100] en vervolgens teruggebracht tot 0 met resultaten van de twee resterende polarisatietoestanden die worden aangetoond door de hoofdletters A en B in figuur 4a. Het vergelijkbare geval voor ± 10 kVcm ⁻¹ werd ook waargenomen als andere resterende polarisatietoestanden C en D in figuur 4a, die ook de niet-vluchtige toestanden in onze steekproef weerspiegelen. Wanneer de gepulseerde elektrische velden worden toegepast op − 5 of − 10 kVcm ⁻¹ en vervolgens teruggebracht tot 0, kunnen we zien dat de remanentie onmiddellijk relatief groot is, en wanneer deze wordt toegepast op 5 of 10 kVcm ⁻¹ en vervolgens teruggebracht tot 0, wordt de remanentie aanzienlijk verminderd; dit fenomeen en de waarde van M _r /M _s komen overeen met de resultaten van figuur 3a, b. We voerden een vergelijkbare meting uit in de andere richting van het monster en kregen vergelijkbare resultaten zoals weergegeven in figuur 4b. Het is te zien dat vier verschillende en stabiele resterende magnetische toestanden worden geschakeld door twee gepulseerde elektrische velden. De vier resistieve toestanden van E, F, G en H worden gegenereerd door de gepulseerde elektrische veldschakeling van ± 5 en ± 10 kVcm ⁻¹ en vervolgens onmiddellijk verwijderd in de richting [01-1], respectievelijk. Samengevat, de remanentie van Co₂ FeAl/PMN-PT heterogeen is stresscontrole en realiseert zo de multistate remanentie onder het gepulseerde elektrische veld, die kan worden gebruikt voor polymorfe opslag.

De genormaliseerde restmagnetisatieverhouding M _r /M _s onder het gepulseerde elektrische veld. een De verandering in M _r /M _s onder de gepulseerde elektrische velden ± 5 en ± 10 kVcm ⁻¹ in de richting [100], respectievelijk. b De verandering in M _r /M _s onder het gepulseerde elektrische veld ± 5 en ± 10 kVcm ⁻¹ respectievelijk in [01-1] richting. De hoofdletters in deze figuur drukken de verschillende resterende polarisatietoestanden uit