压电应变场诱导的反常渗流输运和非易失磁记忆效应研究

作者: 王晶副研究员、胡凤霞研究员及博士研究生赵莹莹等

来源: Scientific Reports

发布日期: 2015-05-19

中国科学院物理研究所的研究团队在锰氧化物薄膜中通过引入外加电场诱导的各向异性应变场,观察到了人工调节的反常渗流输运行为和非易失磁记忆效应,这些发现对理解强关联体系中的渗流机制和设计新型磁存储器件具有重要意义。

在强关联电子系统中,相分离现象是被普遍观察到的现象之一。由于分离相之间的共存和竞争,通常会出现渗流驱动的绝缘体-金属转变,并伴随有明显的热滞后,反映了绝缘体-金属转变的一级相变特性。近年来,以负的热滞后为特征的反常渗流输运现象在多个锰氧化物体系中相继被观察到,由于其背离了普遍接受的渗流图像,因而引起了人们极大的兴趣。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)磁学国家重点实验室王晶副研究员、胡凤霞研究员及博士研究生赵莹莹等利用衬底的反压电特性,通过引入外加电场诱导的各向异性应变场,在相分离(011)-Pr(Ca,Sr)MnO3/PMN-PT薄膜中首次观察到了人工调节的反常渗流输运行为。

他们发现10kV/cm电场作用下样品在金属绝缘转变附近出现了方向依赖的显著的反常负热滞后([100]方向~-17.5K,[01-1]方向~+4.5K)。进一步地,当在[100]方向施加5T外磁场时,[01-1]方向由正常的热滞后变为负滞后而[100]方向则从正常热滞后变为负滞后。有意思的是,伴随该各向异性的反常热滞后,在面内[100]方向同时出现了高达~11460%的超大正电致电阻。

在此工作基础上,近期,王晶副研究员、胡凤霞研究员及博士研究生赵莹莹等人,与阿卜杜拉国王科技大学的张西祥教授合作,进一步研究了电场诱导的各向异性应变场对磁电耦合效应的影响。应变传递的电场控制磁记忆效应研究对实现低能耗、高密度、高速非易失信息存储具有重要意义。

他们在前期对锰氧化物薄膜体系压电应变效应系列研究的基础上,利用(011)-PMN-PT衬底的各向异性反压电效应,对宽能带Pr0.7Sr0.3MnO3薄膜中的电场调控磁性进行了系统研究。通过在降温过程中引入电场诱导的面内各向异性应变场,在远离居里温度处观察到了面内各向异性的非易失磁性调控。更有趣的是,实验发现该各向异性的磁记忆效应随着温度趋近居里温度而逐渐消失,表明其对自旋序的强烈依赖性。

分析表明该各向异性的磁记忆效应与各向异性应变场下铁磁畴的择向生长及其产生的磁各向异性能密切相关,其温度依赖性来源于热扰动能与各向异性应变场诱导的亚稳磁状态与基态之间势垒的平衡。

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