【摘要】：隨著信息技術(shù)的高度發(fā)展,人們對信息的依賴性越來越強(qiáng),同時也對信息存儲設(shè)備提出了更高的要求。目前人們廣泛使用的磁信息存儲器件利用電流產(chǎn)生磁場改變磁化狀態(tài)來寫入信息,存在寫入功耗高的缺點(diǎn)。因此,尋找一種新的更快速、更高效、低能耗的信息寫入方式成為磁信息存儲領(lǐng)域迫切的要求。本論文中我們研究了鐵電/鐵磁結(jié)構(gòu)中電場對磁性薄膜磁化狀態(tài)的調(diào)控作用,這種新的調(diào)控方式具有熱損耗少、所需空間小、電壓可定點(diǎn)施加等優(yōu)點(diǎn),在將來的磁信息存儲器件中有很好的應(yīng)用前景。我們選擇在磁電阻效應(yīng)研究中被廣泛使用的CoFe和CoNi薄膜作為研究材料。研究內(nèi)容主要包括下面四部分：1)研究了(1-x)[Pb(Mg11/3Nb2/303)]-x[PbTi03] (PMN-30%PT)鐵電基底上,電場對CoFe薄膜磁特性的調(diào)控效應(yīng)。由于PMN-30%PT巨大的壓電系數(shù)和CoFe薄膜優(yōu)異的軟磁性及大的磁致伸縮系數(shù),12kV/cm電場作用下CoFe薄膜產(chǎn)生的各向異性場達(dá)到了1.2kOe,對應(yīng)磁電耦合系數(shù)為100Oe cm/kV, CoFe薄膜磁矩發(fā)生了90°旋轉(zhuǎn),面內(nèi)難易磁化方向發(fā)生了互換。2)研究了PMN-30%PT基底上電場對超順磁性FeCo-SiO2顆粒膜的調(diào)控效應(yīng)。在CoFe-SiO2結(jié)構(gòu)中,當(dāng)Si02含量為45%時,CoFe表現(xiàn)出很好的超順磁性。電場作用下PMN-30%PT產(chǎn)生面內(nèi)各向異性應(yīng)變,使CoFe磁矩沿應(yīng)變伸長方向一致排列,CoFe薄膜由超順磁性納米顆粒膜變?yōu)榫哂忻鎯?nèi)單軸各向異性的單疇顆粒膜。3) CoNi薄膜的成分對磁性及磁電阻值有很大的影響,本論文研究了鐵電基底PMN-30%PT和PMN-32%PT上,電場對CO43N157和CO23Ni77薄膜磁特性的調(diào)控效應(yīng)。Co23Ni77/PMN-32%PT結(jié)構(gòu)中,電場效應(yīng)產(chǎn)生的各向異性場達(dá)到了4000e,磁電耦合系數(shù)達(dá)到了40Oecm/kV。由于CoNi薄膜的磁致伸縮系數(shù)與CoFe相反,電場對CoNi和CoFe磁矩的調(diào)控作用相反。在PMN-PT/(CoFe/Cu/CoNi)n多層膜結(jié)構(gòu),通過外加電壓可實(shí)現(xiàn)CoFe與CoNi磁矩由平行態(tài)到垂直態(tài)的轉(zhuǎn)變,相應(yīng)的薄膜由低阻態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài),這種效應(yīng)可應(yīng)用于電寫磁讀信息存儲器。4)鐵電/鐵磁結(jié)構(gòu)中電場對磁性層的調(diào)控效應(yīng)與鐵電層的應(yīng)變特性有很大的關(guān)系。PMN-30%PT單晶材料,電場作用產(chǎn)生的面內(nèi)線性應(yīng)變大于非線性應(yīng)變,基于應(yīng)變調(diào)控的磁性變化表現(xiàn)為易失性的Butterfly形狀；對于PMN-32%PT單晶材料,由于其極化過程中,71°和109°電極化方向的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致面內(nèi)有很大的剩余應(yīng)變效應(yīng),CoNi薄膜磁矩隨電場的變化表現(xiàn)出非易失性的Loop形狀,這種非易失性的調(diào)控對實(shí)現(xiàn)電場寫入信息存儲器件有很重要的意義。
[Abstract]:With the development of information technology, people rely more and more on information, and also put forward higher requirements for information storage devices. At present, magnetic information storage devices, which are widely used by people, use current to produce magnetic field to change the magnetization state to write information, which has the disadvantage of high power consumption. Therefore, it is an urgent requirement in the field of magnetic information storage to find a new faster, more efficient and less energy consuming way to write information. In this paper, we study the effect of electric field in ferroelectric / ferromagnetic structure on the magnetization state of magnetic thin films. This new control method has the advantages of less heat loss, less space needed, and the voltage can be applied at a fixed point. In the future magnetic information storage devices have a good application prospects. CoFe and CoNi thin films, which are widely used in magnetoresistance study, are selected as materials. The main contents are as follows: 1) the effects of electric field on the magnetic properties of CoFe thin films on (1-x) [Pb (Mg11/3Nb2/303)] -x [PbTi03] (PMN-30%PT) ferroelectric substrates are studied. Due to the large piezoelectric coefficient of PMN-30%PT and the excellent soft magnetism and magnetostrictive coefficient of CoFe thin film, the anisotropic field of CoFe film under the action of 12kV/cm electric field reaches 1.2 KOe, which corresponds to the 90 擄rotation of the magnetoelectric coupling coefficient of 100Oe cm/kV, CoFe film. The in plane magnetization direction is interchangeable. 2) the effect of electric field on the superparamagnetic FeCo-SiO2 granular film on PMN-30%PT substrate is studied. In the structure of CoFe-SiO2, when the content of Si02 is 45%, CoFe exhibits excellent superparamagnetism. PMN-30%PT produces in-plane anisotropic strain under the action of electric field. The CoFe magnetic moment is arranged along the strain elongation direction, and the CoFe film changes from superparamagnetic nanocrystalline film to uniaxial anisotropic single-domain granular film. 3) the composition of CoNi film has great influence on the magnetic properties and magnetoresistance. The effect of electric field on the magnetic properties of CO43N157 and CO23Ni77 thin films on ferroelectric substrates PMN-30%PT and PMN-32%PT has been studied in this paper. In Co23Ni77/PMN-32%PT structure, the anisotropy field and magnetoelectric coupling coefficient of CO43N157 and CO23Ni77 thin films are up to 4000eand 40Oecm / kV respectively. Because the magnetostrictive coefficient of CoNi thin film is opposite to that of CoFe, the effect of electric field on the magnetic moment of CoNi and CoFe is opposite. In the structure of PMN-PT/ (CoFe/Cu/CoNi) n multilayer film, the magnetic moment of CoFe and CoNi can be changed from parallel state to vertical state by applying applied voltage, and the corresponding film changes from low resistance state to high resistance state. This effect can be applied to write / read information memory. 4) the regulation effect of electric field on magnetic layer in ferroelectric / ferromagnetic structure is closely related to the strain characteristics of ferroelectric layer. PMN-30%PT single crystal material, The in-plane linear strain caused by electric field is larger than that of nonlinear strain, and the magnetic change based on strain regulation shows a volatile Butterfly shape, while for PMN-32%PT single crystal material, the linear strain is larger than the nonlinear strain. Due to the large residual strain effect due to the reversal of 71 擄and 109 擄polarization directions in the polarization process, the magnetic moment of the CoNi film exhibits a non-volatile Loop shape with the change of the electric field. This non-volatile regulation is very important for the realization of electric field writing information memory devices.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2274240