Sintonización de campo eléctrico Magnetismo no volátil en aleaciones semimetálicas Co2FeAl / Pb (Mg1 / 3Nb2 / 3) O3-PbTiO3 Heteroestructura

Resultados y discusiones

Los bloques de construcción básicos de la heteroestructura CFA / PMN-PT y el sistema de coordenadas de la medición magnética estática en el plano se muestran en la Fig. 1a, b, respectivamente. El campo piezoestrain eficaz inducido por campo eléctrico ( H _σ ) y campo de anisotropía magnética ( H _k ) son perpendiculares entre sí. Definimos el campo magnético H aplicado a lo largo de la dirección [100] como 0 °, mientras que la dirección [01-1] como 90 ° [26]. Desde el bucle de histéresis PMN-PT ( P - E bucle, 1 Hz) y curva de deformación ( S - E ), que se mide con galgas ferroeléctricas y extensométricas en la Fig. 1c, podemos ver que la polarización de saturación de PMN-PT es de aproximadamente 25 μCcm ⁻² , y el campo coercitivo es de aproximadamente 100 V (2,5 KVcm ⁻¹ ). La imagen MFM se mide cuando se eliminó el campo magnético aplicado 1000 Oe como se muestra en la Fig. 1d. Las áreas oscuras y claras indican la formación de un componente de magnetización fuera del plano. En consecuencia, una serie de formas de dominio magnético oscilantes "hacia arriba y hacia abajo", conocida como dominio de banda (SD), lo que sugiere la existencia de una anisotropía magnética perpendicular considerable [27].

Esquema de la heteroestructura multifferroica CFA / PMN-PT ( a ) y esquema del sistema de coordenadas ( b ). α , φ y θ son los ángulos del campo piezoestrano inducido por campo eléctrico efectivo ( H _σ ), campo de anisotropía magnética ( H _k ) y magnetización ( M _s ) con respecto al campo efectivo total ( H ₀ ), respectivamente. θ ₀ es el ángulo de la H _k con respecto al campo magnético ( H ). c El bucle de histéresis ( P - E bucle, 1 Hz) y curva de deformación ( S - E ) de sustrato PMN-PT a lo largo de la dirección [100]. d Una imagen típica de MFM de una película CFA

Los bucles de histéresis magnética de la heteroestructura CFA / PMN-PT se midieron a lo largo de la dirección de [100] y [01-1] bajo campos eléctricos aplicados de ± 0 y ± 5 kVcm ⁻¹ [11]. El campo eléctrico se aplicó de arriba a abajo como positivo, de lo contrario negativo. El - 0 y + 0 kVcm ⁻¹ son estados de polarización remanente después de los campos eléctricos aplicados de - 10 y + 10 kVcm ⁻¹ apagado, respectivamente. Los bucles de histéresis magnética, como se muestra en la Fig. 2a, indicaron una anisotropía magnética clara en el plano. La línea azul representa la dirección de magnetización fácil del bucle de histéresis en el plano a lo largo de la dirección [100], y la magnetización remanente es significativamente menor que la magnetización de saturación. La M - H Los bucles estaban constituidos por dos procesos de magnetización:el M - H La curva muestra una relación lineal entre el campo magnético aplicado desde el campo de saturación positivo al campo de coercitividad negativa y el reverso abrupto de M cuando el H alcanza el campo de coercitividad; la M - H La curva vuelve a la relación lineal a medida que el campo magnético aplicado continúa disminuyendo, lo que puede considerarse que la película tiene una estructura de dominio de franjas. La línea roja indica la dirección de magnetización fuerte, que se mide a lo largo de la dirección [01-1]. La Figura 2b muestra los bucles de histéresis de la heteroestructura CFA / PMN-PT bajo el campo eléctrico E =5 kVcm ⁻¹ . En comparación con el resultado que se muestra en la Fig. 1a, la dirección del eje fácil gira 90 °, es decir, está girando desde la dirección [100] a [01-1] [28,29,30]. Como se muestra en la Fig. 2c, la línea azul coincide con la línea roja y la anisotropía magnética en el plano desaparece bajo el estado de polarización + 0 kVcm ⁻¹ . El eje magnético fácil vuelve a la dirección [100] cuando el campo eléctrico aplicado continúa disminuyendo a - 5 kVcm ⁻¹ como se muestra en la Fig. 2d. Para investigar el cambio del campo de anisotropía magnética con diferentes campos eléctricos, se midió la magnetización remanente en diferentes ángulos como se muestra en la Fig. 2e. En esta medición, la muestra se rotó de 0 ° a 360 ° en el plano con el paso de 5 °. La anisotropía magnética en el plano se mide en la heteroestructura CFA / PMN-PT. A - 0 kVcm ⁻¹ , la dirección de magnetización fácil de la curva de magnetización remanente en el plano es a lo largo de la dirección [100]. El valor de la magnetización remanente relativa ( M _r / M _s ) es significativamente menor que 1, lo que indica que una parte del momento magnético no es una disposición coherente. Con campo eléctrico creciente a + 2,5 kVcm ⁻¹ , la anisotropía magnética disminuye. Al continuar aumentando el campo eléctrico a + 5 kVcm ⁻¹ , reaparece la anisotropía magnética en el plano. En comparación con la curva de magnetización remanente a - 0 y + 5 kVcm ⁻¹ , el eje fácil gira 90 °, lo que es consistente con el resultado de los bucles de histéresis como se muestra en la Fig. 2a, b. Esto se puede atribuir al efecto piezoestraína inducido por el campo eléctrico, y el efecto piezoeléctrico de PMN-PT producirá una nueva anisotropía magnética (anisotropía de estrés H _σ ) en la heteroestructura CFA / PMN-PT. La anisotropía magnética de las heteroestructuras CFA / PMN-PT se ve afectada por la combinación de H _σ y H _k [31].

a – d La histéresis magnética se repite en - 0, 0, 5 y - 5 kVcm ⁻¹ , respectivamente. e Medido M _r / M _s versus θ ₀ curvas bajo varios campos eléctricos

Para verificar el efecto piezoestraína inducido por el campo eléctrico, se midió la magnetización remanente con el campo eléctrico aplicado en las direcciones [01-1] y [100]. Medimos el cambio de magnetización remanente barriendo el campo eléctrico después de eliminar el campo magnético de saturación 1200 Oe en las direcciones [100] y [01-1], respectivamente. Se obtiene la magnetización remanente asimétrica similar a una mariposa frente al campo eléctrico aplicado. Podemos determinar que la remanencia de la heteroestructura CFA / PMN-PT responde a un campo eléctrico con forma de mariposa; la M - E las curvas se midieron barriendo el campo eléctrico de + 10 a - 10 kVcm ⁻¹ en la Fig. 3a, c. Esta respuesta es simétrica con la curva de variación de tensión con campo eléctrico, lo que indica que el efecto de tensión juega un papel dominante en el control magnético de la muestra. Vale la pena señalar que la magnetización residual en el estado de polarización remanente (± 0 kVcm ⁻¹ ) es diferente de + 10 kVcm ⁻¹ demostrado por las letras mayúsculas A y E en la Fig.3 y - 10 kVcm ⁻¹ demostrado por B y F, que es la tensión residual del sustrato PMN-PT. El estado de polarización residual es la remanencia de 0 kVcm ⁻¹ estado, que se deriva de la tensión residual del sustrato PMN-PT, y no es el mismo a + 10 y - 10 kVcm ⁻¹ . Es consistente con la deformación residual de la curva de deformación en la Fig. 1c.

un , c La dependencia de M _r / M _s del campo eléctrico se midió barriendo la forma del campo eléctrico + 10 a - 10 kVcm ⁻¹ en las direcciones [100] y [01-1], respectivamente. b , d La dependencia de M _r / M _s en el campo eléctrico se midió barriendo el campo eléctrico de forma + 5 a - 5 kVcm ⁻¹ en las direcciones [100] y [01-1], respectivamente. Los números y flechas expresan los pasos y la dirección de la medición. Y las letras mayúsculas en esta figura expresan los valores de M _r / M _s en los estados de polarización remanentes

Hemos realizado experimentos sobre la relación entre la remanencia en el estado de polarización insaturado (± 5 kVcm ⁻¹ ) con el campo eléctrico en las direcciones [100] y [01-1], para reflejar el control no volátil del campo eléctrico. Se puede encontrar que el cambio de la remanencia con el campo eléctrico también muestra un cambio en la forma como un bucle, y la remanencia de la muestra muestra un buen no volátil, que es por el esfuerzo de polarización remanente bajo el positivo. y campos eléctricos negativos, como se muestra en la Fig. 3b, d. Esto tiene una buena perspectiva para los dispositivos de memoria no volátiles tolerantes al estrés.

Para la aplicación de memoria magnética, se logró la remanencia no volátil en el campo eléctrico pulsado, como se muestra en la Fig. 4. Campos eléctricos intermitentes positivos y negativos de ± 5 o ± 10 kVcm ⁻¹ se aplican a través de la muestra en las direcciones [100] y [01-1]. En primer lugar, el campo magnético se establece en 1200 Oe y se reduce a 0 posteriormente. Luego, el campo eléctrico pulsado se pega primero a ± 5 kVcm ⁻¹ en la dirección [100] y se redujo a 0 posteriormente con los resultados de los dos estados de polarización residual demostrados por las letras mayúsculas A y B en la Fig. 4a. El caso similar para ± 10 kVcm ⁻¹ También se observó como otros estados de polarización residual C y D en la Fig. 4a, que también refleja los estados no volátiles en nuestra muestra. Cuando los campos eléctricos pulsados ​​se aplican a - 5 o - 10 kVcm ⁻¹ y reducido a 0 posteriormente, podemos ver que la remanencia es relativamente grande inmediatamente, y cuando se aplica a 5 o 10 kVcm ⁻¹ y reducido a 0 posteriormente, la remanencia se reduce significativamente; este fenómeno y el valor de M _r / M _s son consistentes con los resultados de la Fig. 3a, b. Realizamos una medición similar en la otra dirección de la muestra y obtuvimos resultados similares a los que se muestran en la Fig. 4b. Puede verse que cuatro estados magnéticos residuales distintos y estables son conmutados por dos campos eléctricos pulsados. Los cuatro estados resistivos de E, F, G y H son generados por la conmutación del campo eléctrico pulsado de ± 5 y ± 10 kVcm ⁻¹ y luego instantáneamente removidos en la dirección [01-1], respectivamente. En resumen, la remanencia de Co ₂ FeAl / PMN-PT heterogéneo es el control de la tensión y, por lo tanto, la remanencia multiestatal bajo el campo eléctrico pulsado, que se puede utilizar para el almacenamiento polimórfico.

La relación de magnetización remanente normalizada M _r / M _s bajo el campo eléctrico pulsado. un El cambio en M _r / M _s bajo los campos eléctricos pulsados ​​± 5 y ± 10 kVcm ⁻¹ a lo largo de la dirección [100], respectivamente. b El cambio en M _r / M _s bajo el campo eléctrico pulsado ± 5 y ± 10 kVcm ⁻¹ a lo largo de la dirección [01-1], respectivamente. Las letras mayúsculas en esta figura expresan los diversos estados de polarización remanentes