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科学研究

研究成果

刘明教授团队在电场控制垂直磁各向异性研究中取得突破

日期: 2017-11-07 13:01 点击:

垂直磁各向异性(PerpendicularMagneticAnisotropy, PMA)磁性薄膜是构建新一代超高密度磁存储器和纳米逻辑器件等新型自旋电子器件的理想对象。传统的电流操作磁矩转动有能耗高,噪声大、散热慢等缺点。多铁异质结是一种具有强磁电耦合效应的复合功能材料,它直接以低功耗的电场调控磁性能,具有超低能耗的突出优势以及灵活的电场调节能力。因此,构建垂直磁各向异性多铁异质结,实现电场操纵垂直磁化,是开发新型、低功耗自旋电子元器件的重要解决方案。

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针对这一挑战,西安交通大学电信学院刘明教授课题组在电场调控垂直磁各向异性方面取得突破,构建了一系列具有垂直磁各向异性的(Co/Pt)3/PMN-PT多铁异质结,深入研究了电场调控磁各向异性,实现了电场有效调控Co/Pt的自旋重取向相变。电场诱导自旋重取向相变温度高达200 K的移动,同时伴随着低温下1100 Oe的电场诱导磁有效场变化,这一巨大的磁电耦合效应几乎是传统应变调控机制的10倍,也远大于传统唯象理论预测。通过对比实验发现,这种强磁电耦合效应可能源自电致应变对Co/Pt界面的自旋-轨道耦合作用的调控,因此是一种有别于传统磁电耦合机制的界面效应。以此为基础,还逐步实现了室温下电场诱导磁易轴在面内与面外间的可逆翻转,以及垂直磁各向异性的非易失性调控。该研究表明垂直磁各向异性多铁异质结不仅为探索丰富的界面效应提供了研究平台,同时为开发电场调控的低功耗自旋电子器件奠定了基础。

该成果以“Deterministic Switching of Perpendicular Magnetic Anisotropy by Voltage Control of Spin Reorientation Transition in (Co/Pt)3/ Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3Multiferroic Heterostructures”为题发表于国际高水平杂志ACS Nano (IF=13.334)。该工作由西安交通大学电信学院青年教师彭斌博士、周子尧教授以及美国东北大学的Tianxiang Nan博士共同完成。刘明教授为通讯作者。西安交通大学电信学院电子陶瓷与器件教育部重点实验室为该论文的第一作者及唯一通讯作者单位。该工作得到中组部“青年千人”项目、国家自然科学基金面上及重点项目等的资助,以及微纳制造与测试技术国际联合实验室支持。同时,该成果也是2017年以来刘明教授课题组在国际高水平杂志包括Advanced Materials和Advanced Functional Materials上发表的第3篇论文。

西安交通大学刘明教授课题组链接:http://gr.xjtu.edu.cn/web/mingliu