Origin of lowered magnetic moments in epitaxially strained thin films of multiferroic Bi$_2$FeCrO$_6$
利用密度泛函理论研究了外延应变对多铁性$_2$ $_6$（001）薄膜磁性和$B$位阳离子有序度的影响。我们发现，在薄膜与岩盐有序的Fe和Cr的基态的特点是C型反铁磁（AFM）秩序。这是在相反的散装形式的材料，这被预测为具有G型AFM顺序的亚铁磁体。此外，阳离子有序薄膜经历了从C到A型AFM顺序的外延应变的转变。其他磁序表现为热可及的激发态。我们还发现，$B$网站的阳离子无序结构是更稳定的相干外延应变，从而解释了降低磁矩在这些样品中观察到在室温下。应变改变的符号，以及强度的Fe-Cr超交换耦合导致一个非常有趣的相图为Bi $_2$ FeCrO $_6$薄膜。
2015-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth and magnetoelectric relaxor behavior in multiferroic 0.8Pb(Fe1/2Nb1/2)O3-0.2Pb(Mg1/2W1/2)O3 thin films
研究了用脉冲激光沉积法在（001）SrTiO 3衬底上外延生长的0.8Pb（Fe_（1/2）Nb_（1/2））O_3 -0.2Pb（Mg_（1/2）W_（1/2））O_3薄膜的电磁性能。在710 oC和0.2 mbar左右的窄沉积窗口已被确定为实现外延单相薄膜。观察到一个典型的Vogel-Fulcher弛豫型介电和磁化率色散，表明这些薄膜中的磁电弛豫行为类似于散装。我们确定了一个磁簇的冻结温度为36 K，同时观察弱铁磁性通过磁滞回线高达300 K。
2009-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Magnetostriction-driven multiferroicity of MnTe and MnTe/ZnTe epitaxial films
在这里，我们表明，MnTe外延薄膜与锌的混合物结构和MnTe/ZnTe多层膜应显示铁电极化在反铁磁（AFM）有序状态，因此属于多铁性。自发铁电极化是由磁致伸缩剪切应变引起的高离子Mn-Te-Mn键弯曲引起的。铁电极化的取向与AFM矢量的取向耦合，因此可以通过施加外部磁场来控制。由于电、磁序参量的钳制，MnTe中的畴结构由两种机制控制：电偶极子产生的退极化场和磁弹性偶极子产生的去应力场。单畴化电场和磁场的大小取决于样品的形状，并随膜厚的增加而减小。磁畴的磁电性质使得可以通过线性和非线性光学方法（克尔效应、二次谐波产生技术）来可视化磁畴结构。
2008-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial thin films of multiferroic Bi2FeCrO6 with B-site cationic order
用脉冲激光沉积法在（100）和（111）取向SrTiO 3衬底上的SrRuO 3上制备了Bi 2 FeCrO 6外延薄膜。详细的X射线衍射和横截面透射电子显微镜分析揭示了Bi 2FeCrO 6外延膜的双钙钛矿晶体结构与BiFeO 3非常相似，并且沿着[111]方向具有特别值得注意的Fe 3 +/Cr 3+阳离子排序。该膜不含可检测的磁性氧化铁杂质，并且在其整个厚度中具有正确的阳离子平均化学计量。然而，他们表现出轻微的调制的Fe和Cr的组成形成互补的条纹图案，这表明轻微的局部过量或耗尽的Fe和Cr。外延的BFCO薄膜表现出良好的铁电和压电性能，除了在室温下的磁性，以及一个意想不到的晶体取向依赖于其室温磁性能。我们的研究结果定性地证实了使用从头计算的预测：Bi 2FeCrO 6薄膜的双钙钛矿结构表现出Fe 3 +/Cr 3+阳离子有序和良好的多铁性，以及在室温下未预测的磁有序的存在。
2007-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Structure and Properties of Epitaxial Thin Films of Bi2fecro6: A Multiferroic Material Postulated by Ab-Initio Computation
本文报道了用激光烧蚀法在SrTiO_3衬底上淀积Bi_2FeCrO_6（BFCO）外延薄膜的实验结果。它已在理论上预测使用第一原理密度泛函理论，BFCO是亚铁磁性（具有磁矩的2 μ B每公式单位）和铁电（具有约80微C/cm 2的极化在0 K）。使用X-射线衍射研究的晶体结构表明，该薄膜是具有高结晶度的外延。通过X射线微区分析和X射线光电子能谱学进行的化学分析表明BFCO层中的正确阳离子化学计量比，即（Bi：Fe：Cr = 2：1：1）。横截面高分辨率透射电子显微镜图像与选定区域的电子衍射一起确认没有可识别的外来相或夹杂物的外延BFCO膜的结晶质量。压电响应力显微镜（PFM）和磁性测量表明，在室温下，BFCO的多铁性的字符被证明具有铁电性和磁滞。局部压电测量显示铁电畴的存在和它们在亚微米尺度上的开关。
2009-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Low-Symmetry Monoclinic Phases and Polarization Rotation Path Mediated By Epitaxial Strain in Multiferroic BiFeO3 Thin Films
在无铅多铁性BiFeO_3薄膜中观察到了由外延应变驱动的准同型相界，并且应变驱动的相变是等对称的Cc-Cc相变。本文提出在（001）LaAlO_3单晶衬底上外延生长的BiFeO_3相为单斜MC。该MC相不同于在低失配衬底上生长的BiFeO 3薄膜中报道的MA型单斜相，例如SrTiO 3。这不仅证实了同步辐射X射线研究，但也通过piezoresponse力显微镜测量。类四边形相位的偏振矢量位于（100）面，而不是先前报道的（110）面。对MC相的形成进行了唯象分析。这样一个低对称性MC相，其链接到MA相和多相共存打开一个途径，在BiFeO 3薄膜的大压电响应和揭示对可能的极化旋转路径和增强的多铁性BiFeO 3薄膜介导的外延应变的完整理解。这一工作也有助于理解在其他铁电系统中发展新的无铅应变驱动准同型相界。
2010-11-26 cond-mat.mtrl-sci
$60^{\circ}$ and $120^{\circ}$ Domain Walls in Epitaxial BaTiO$_{3}$(111)/Co Multiferroic Heterostructures
我们报告从铁电BaTiO $_{\mathrm{3}}$衬底与$(111)$ -取向的表面上的Pd缓冲层上生长的外延Co膜的域图案转移。铁电/铁弹畴的空间调制界面应变转移和铁磁膜中的逆磁致伸缩诱导具有面内单轴磁各向异性方向调制的条纹区域。使用自旋极化低能电子显微镜，我们观察到两个不同的各向异性配置之间的条纹区域的形成。此外，通过施加平行或垂直于这些条带的磁场，头对头或头对尾磁化配置被初始化。这导致与不同能量和宽度相关联的四种不同的磁畴壁类型，这进而影响是否可以实现磁畴图案转移。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxially Strained BiMnO3 Films: High-Temperature Robust Multiferroic Materials with Novel Magnetoelectric Coupling
铁电和铁磁有序共存的多铁性材料是磁电应用的理想材料。不幸的是，只有很少的铁电-铁磁多铁性（具有低磁临界温度）被发现。在这里，我们进行第一性原理计算的外延应变沿赝立方[001]方向生长的BiMnO 3薄膜的性能的影响进行调查。与具有中心对称C2/c空间群的体相基态不同，拉伸外延应变稳定了具有大极化（P > 80 μC/cm 2）和高居里温度（Tc预计在169 K和395 K之间）的铁磁和铁电Cc态。更重要的是，在多铁性Cc态中存在一种新颖的本征磁电耦合，易磁化轴可由外部电场控制。
2013-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large magnetoelectric coupling in multiferroic oxide heterostructures assembled via epitaxial lift-off
外延过渡金属氧化物膜的应变相关功能特性可以通过衬底选择来显著地修改。然而，大的晶格失配阻碍了铁电衬底上的无位错外延生长，其应变状态被施加的电场改变。在这里，我们克服了这种失配的问题，通过沉积的外延膜的铁磁La0.7Sr0.3MnO3的晶格匹配SrTiO 3的单晶衬底上通过SrRuO 3，我们随后溶解的膜，允许无应变的La0.7Sr0.3MnO3的铁电衬底的0.68Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O3 0.32PbTiO 3在不同的晶体取向的转移。铁电畴切换，和伴随的铁电相变，产生大的非易失性的磁化强度的变化，介导的磁畴旋转在由微结构定义的位置-揭示通过高分辨率的矢量图的磁化强度从光电子显微镜数据构建，与X射线磁性圆二色性的对比。在未来，我们的方法可能会被利用来控制任何成分的位错自由外延膜的功能特性。
2020-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Room Temperature Ferroelectricity and Ferrimagnetism in Multiferroic AlxFe2-xO3 Epitaxial Thin Films
多铁性材料开辟了在电子设备中设计新功能的可能性，具有低能耗。然而，很少有材料在室温下表现出多铁性，这对于实际使用至关重要。AlxFe_（2-x）O_3（x-AFO）薄膜属于k-Al_2 O_3家族，具有室温亚铁磁性和极性晶体结构。然而，由于薄膜电阻率低，在室温下很难实现其铁电性能。本文采用脉冲激光沉积法在SrTiO_3衬底上制备了低泄漏的x-AFO（0.5 <= x <= 1）外延薄膜<111>。磁性测量证实了室温亚铁磁性的薄膜，但居里温度被发现是由沉积条件的影响。第一性原理计算表明，铁电畴切换发生通过剪切面内的氧层，并预测了24 uC/cm 2的高极化值。然而，实际的铁电测量表明，极化是两个订单less. Presence的多个面内畴，反对相邻畴的极化切换，被认为是观察到的小极化的原因。比较介电弛豫研究和铁电表征表明，氧空位缺陷有助于畴壁运动，这反过来又有利于极化切换。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Bi2FeCrO6 Multiferroic Thin Films
我们在这里提出的Bi 2FeCrO 6（BFCO）的外延薄膜通过激光烧蚀直接沉积在SrTiO 3衬底上获得的实验结果。Baettig和Spaldin使用第一性原理密度泛函理论在理论上预测BFCO是亚铁磁的（每个分子式单位的磁矩为2玻尔磁子）和铁电的（在0 K时极化为~80微C/cm 2）。已经使用X-射线衍射研究了晶体结构，其显示膜是具有高结晶度的外延的，并且具有取决于沉积条件的取向度，并且该取向度由衬底晶体结构确定。通过X射线微分析和X射线光电子能谱学（XPS）进行的化学分析表明BFCO层中的正确阳离子化学计量比，即（Bi：Fe：Cr = 2：1：1）。XPS深度剖析表明，在膜中的Fe和Cr离子的氧化态保持3+整个膜厚度和Fe和Cr离子均匀分布在整个深度。横截面高分辨率透射电子显微镜图像与选定区域的电子衍射一起确认没有可识别的外来相或夹杂物的外延BFCO膜的结晶质量。铁电和磁性测量结果表明，BFCO薄膜在室温下表现出铁电和磁滞现象，证明了其多铁性。此外，使用压电响应力显微镜（PFM）进行的局部压电测量显示铁电畴的存在和它们在亚微米尺度上的切换。
2006-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on ferroelectric polarization in multiferroic BiFeO3 films
采用脉冲激光沉积法在SrTiO 3（001）衬底上以SrRuO 3为底电极生长了厚度为40 ~ 960 nm的BiFeO 3多铁性外延薄膜。X射线衍射分析表明，随着薄膜厚度的增加，薄膜的结构由c/a ~ 1.04的角畸变四面体转变为c/a ~ 1.01的块状畸变菱面体。尽管有这种显著的结构演变，但如从沿法线方向的测量计算的，沿着扭曲的伪立方晶胞的体对角线的铁电极化几乎没有变化。
2007-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiferroic properties of epitaxially stabilized hexagonal DyMnO3 thin films
我们通过沉积在Pt（111）//Al_2 O_3（0001）和YSZ（111）衬底上制备了六方晶系DyMnO_3外延薄膜，否则它们会形成块状钙钛矿结构，每个衬底都具有面内六方对称性。极化电滞回线表明，至少在70 K以下，我们的六角DyMnO 3薄膜中存在铁电性。在25 K下观察到的2.2 uC/cm^2的剩余极化对应于与体相正交DyMnO 3相比极化增强10倍。有趣的是，该系统在其磁滞回线中显示出反铁电性。我们的六角DyMnO 3薄膜显示出约60 K的反铁磁尼尔温度和约40 K的自旋重取向转变。我们还发现了一个明确的滞后的磁化强度，这是零场冷却和场冷却后测量的温度依赖性。这种滞后很可能是自旋玻璃的起源，这可能是由于反铁磁耦合Mn自旋与边缘共享三角晶格的几何挫折。
2006-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of exchange bias with multiferroic BiFeO3 epitaxial thin films
我们结合中子散射和压电响应力显微镜研究之间的关系，观察到的CoFeB/BiFeO 3异质结构和BiFeO 3薄膜的多铁性畴结构的交换偏置。我们表明，交换场的规模与铁电和反铁磁畴的大小的倒数，预期从Malozemoff的交换偏置模型扩展到多铁性。因此，极化中子反射仪揭示了在与CoFeB的界面处的BiFeO 3膜中存在未补偿的自旋。鉴于这些结果，我们讨论了可能的策略来切换的铁磁体的磁化由电场使用BiFeO 3。
2007-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunnel magnetoresistance and robust room temperature exchange bias with multiferroic BiFeO3 epitaxial thin films
我们报告的功能化的多铁性BiFeO 3外延薄膜的自旋电子学。第一个例子是通过在具有La 2/3Sr 1/3 MnO 3和Co电极的磁性隧道结中使用BiFeO 3的氧化物层作为隧道势垒来提供的。在这种结构中，在低温下获得了高达30%的正隧道磁电阻。第二个例子是利用BiFeO 3薄膜的反铁磁自旋结构，在室温下在CoFeB铁磁薄膜上产生相当大的（~60 Oe）交换偏置。值得注意的是，交换偏置效应在磁场循环时是稳健的，没有训练的迹象。
2006-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Impedance spectroscopy of epitaxial multiferroic thin films
依赖于温度的阻抗谱使凝聚态物质的介电和电阻特性的许多贡献被去卷积和特征分别。我们已经实现了这一点的多铁性外延薄膜的BiFeO 3（BFO）和BiMnO 3（BMO），具有强磁电耦合材料的关键例子。我们证明，真正的薄膜电容的外延层是类似的电极界面，使分析的电容作为必要的膜厚度的函数，以实现去卷积。我们使用弛豫时间的高斯分布来模拟非德拜阻抗响应，并揭示了多铁性层上的常规电阻率测量可能受界面效应的影响。热激活电荷传输模型得到的激活能为0.60 eV +- 0.05 eV（BFO）和0.25 eV +- 0.03 eV（BMO），这与氧空位（BFO）和电子跳跃（BMO）主导的导电一致。本征膜介电常数被确定为320 ± 75（BFO）和450 ± 100（BMO）。
2007-04-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiferroic RMnO3 thin films
在过去的几十年里，由于期望不同铁性有序之间的潜在耦合可以激发新的应用和新的器件概念，多铁性材料受到了惊人的关注。因此，一个新的知识耦合机制和材料科学显着出现。多铁性RMnO 3钙钛矿是这一进展的核心，提供了一个合适的平台来定制自旋-自旋和自旋-晶格相互作用。从应用的角度来看，多铁性材料的薄膜的开发也取得了巨大的进展，如今薄膜锰氧化物具有模仿体相化合物的性质。本文综述了RMnO_3六方和正交外延薄膜的制备、磁性和铁电性能的研究进展，讨论了一些具有挑战性的问题，并对今后的研究和发展提出了一些建议。
2015-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural control of magnetic anisotropy in a strain driven multiferroic EuTiO3 thin film
八面体畸变在设计由钙钛矿氧化物组成的异质结构的物理性质中起着关键作用。我们在（110）o DyScO 3衬底上外延生长的应变激活的多铁性EuTiO 3薄膜中观察到了强的面内单轴磁各向异性。第一性原理计算表明，磁各向异性与薄膜的单轴TiO6八面体倾斜和铁电极化密切相关，表明应变工程多铁性系统中存在潜在的强磁电耦合.
2013-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Combining half-metals and multiferroics into epitaxial heterostructures for spintronics
本文报道了用脉冲激光沉积法在SrTiO_3（001）衬底上外延生长La_2/3Sr_1/3MnO_3（LSMO）半金属铁磁体和BiFeO_3（BFO）多铁性双层薄膜。这两层的生长模式是二维的，这导致在单位细胞光滑的表面。我们表明，这两种材料保持其性质内的异质结构，即LSMO层（11 nm厚）是铁磁性的居里温度为~ 330 K，而BFO膜显示铁电性下降到非常低的厚度（5 nm）。不同BFO厚度的BFO/LSMO双层的导电尖端原子力显微镜映射揭示了BFO膜的高且均匀的电阻状态，因此可以用作基于半金属的隧道结中的铁电隧道势垒。
2005-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fractal dimension and size scaling of domains in thin films of multiferroic BiFeO3
我们分析了多铁性BiFeO 3超薄膜中的铁电畴的形貌。不像更常见的条纹域中观察到的较厚的薄膜BiFeO3或在其他铁性，域往往不是直的，但不规则的形状，与显着的域壁粗糙导致分形维数。也与通常在其他铁性材料中观察到的相反，磁畴尺寸似乎不与膜厚度的平方根成比例。提出了一种模型，其中所观察到的域的大小作为膜厚度的函数可以直接链接到域的分形维数。
2007-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-Field-Dependent Raman Scattering in Multiferroic Bilayer Films: Evidence for Stress-Mediated Magnetoelectric Coupling
首次报道了Pb（Zr，Ti）O_3-CoFe_2 O_4双层多铁体系的磁场相关拉曼散射研究。纳米双层膜的声子频率随着磁场的变化而发生明显的变化，而单层Pb（Zr，Ti）O3膜则没有这种变化。CoFe 2 O 4层的磁致伸缩产生机械传递到Pb（Zr，Ti）O3层的应力，导致模式变化。观察到的磁场诱导软化的软模式的Pb（Zr，Ti）O3层承担着一个惊人的相似的直接磁电输出的双层，提供证据的应力介导的磁电耦合机制的多铁性双层。
2009-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Giant sharp magnetoelectric switching in multiferroic epitaxial La_{0.67}Sr_{0.33}MnO_3 on BaTiO_3
磁电耦合允许磁序参量被电寻址或反之亦然，并且可以在数据存储、场传感器和致动器中找到用途。单相材料如二氧化铬、硼酸盐和锰氧化物的耦合常数通常低至10^{-12} - 10^{-9} s/m，例如因为极化和磁化小。具有应变介导耦合的两相多铁性材料，如层压材料、复合材料和外延纳米结构，更有前途，因为每个相可以独立地优化。所得到的磁电开关可以更大，例如10^{-8} s/m，但它不是尖锐的，因为干净的耦合被微结构的复杂性和伴随的应变场排除。在这里，我们报告了一个巨大的尖锐的磁电效应在一个单一的外延界面之间的40 nm的铁磁应力敏感La_{0.67} Sr_{0.33} MnO_3薄膜，和0.5 mm的BaTiO_3衬底，是铁电，压电和铁弹。通过在整个结构上施加一个小电场（4-10 kV/cm），我们获得了在200 K附近BaTiO_3结构相变附近高达65%的薄膜磁化强度的持续变化。这代表了一个巨大的磁电耦合（2.3*10-7 s/m），由于铁弹非180度域的存在，我们确认使用X射线衍射的应变场。这种耦合在包括室温在内的广泛温度范围内持续存在，因此可以激发一系列传感器和存储器应用。
2006-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy induced magnetic phase transitions in multiferroic thin films
巨铁电极化和磁性共存的多铁性材料在信息存储和能量转换等领域具有巨大的工程应用潜力。然而，多铁性材料的功能特性被认为会受到点缺陷的影响，由于某些组成原子的挥发性和材料制备中涉及的高温，点缺陷可能是丰富的。在这里，我们证明了与理论方法，氧空位可能会提高功能的多铁性从根本上改变他们的磁相互作用在薄膜。具体而言，氧空位可以恢复丢失的磁超交换相互作用在大轴比阶段，导致完全反铁磁自旋有序，并诱导稳定的亚铁磁状态与一个显着的净磁化强度为0.5 uB每分子式单位。我们的理论研究应该有助于澄清长期存在的争议，在铁酸铋的起源，并改善基于多铁性的技术应用的设计。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature multiferroic hexagonal LuFeO$_3$ films
用X射线、电子和中子衍射方法研究了六方晶系LuFeO $_3$单晶薄膜的晶体结构和磁性。这些薄膜的极性结构被发现坚持到1050 K，并在室温下观察到的极性行为的可切换性，表明铁电性。在440 K以下出现反铁磁有序，随后在130 K以下出现弱铁磁有序的自旋重取向。这种共存的多铁性顺序的观察表明，六角LuFeO $_3$薄膜是室温多铁性。
2013-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetization in the multiferroic nanocomposites Bi$_{0.9}$Gd$_{0.1}$Fe$_{0.9}$Mn$_{0.05}$X$_{0.05}$O$_3$ (X= Cr, Co) thin films
在这项工作中，我们阐述和其特征在于纳米复合薄膜使用预选的多铁性矩阵Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ Fe $_{0.9}$ Mn $_{0.1}$ O $_3$（BGFMO）的目的，以提高其基本的铁电和磁性能。利用压电响应力显微镜（PFM）研究了纳米复合薄膜的局域铁电特性。通过对铁电畴的局部操纵，研究了铁电畴的开关行为。磁性研究表明，在BGFMO矩阵中的过渡金属元素的掺入带来了有趣的宏观磁化强度在室温下的增加。此外，在所研究的薄膜的M（T）曲线中观察到自旋玻璃型行为。
2020-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Field induced phase transitions and phase diagrams in BiFeO_3-like multiferroics
在精确的微磁学分析的基础上，考虑自旋挠曲电相互作用（Lifshitz不变量），研究了多铁性材料的无公度磁结构和相图。研究的对象是在衬底上生长的BiFeO_3类单晶和外延薄膜<111>。主要控制参数是磁场、磁各向异性和薄膜外延应变。我们预测了新的准摆线结构诱导外磁场或外延应变的BiFeO_3-薄膜。对于磁场的两种基本几何形状（平行于晶轴C_3和垂直于晶轴C_3的磁场），我们构造了代表均匀磁态和无公度结构稳定性区域的相图。结果表明，外加磁场的方向对一组磁相、无公度结构的性质、相变特征有显著的影响。在从非公度摆线结构到均匀磁态的转变过程中，揭示了一种新的锥型摆线有序。详细的相图允许估计适当的控制参数的组合（磁场，磁各向异性，交换刚度）所需的摆线有序的破坏对应的过渡到均匀的结构。结果表明，与单晶体相比，多铁性薄膜中抑制旋轮线的临界磁场的大小降低，并且可以通过选择磁场的取向来降低。我们的研究结果可用于应变工程的新的多铁性功能材料的需求。
2013-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature multiferroicity in GaFeO$_3$ thin film grown on (100)Si substrate
用脉冲激光沉积技术在具有重要经济技术价值的（100）Si衬底上生长了c轴取向的GaFeO $_3$（空间群$Pna2_1$）薄膜，观察到了室温磁电多铁性。结构分析和全面映射的Ga：Fe比在10 $^4$的长度尺度范围内揭示了外延和化学应变的共存。在$\sim$ 50 kOe下，它诱导形成更精细的磁畴和更大的磁电耦合--使Rex-极化降低了$\sim$ 21%.磁力显微镜显示存在较细（$<$ 100 nm）和较粗（$\sim$ 2 $μ$ m）磁畴。在（100）Si衬底上外延生长的GaFeO $_3$薄膜具有很强的多铁性，使其与Si基电子学集成的前景更加光明，并为开发经济高效的机电、电光或磁电传感器件铺平了道路。
2022-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Switching of both local ferroelectric and magnetic domains in multiferroic Bi0.9La0.1FeO3 thin film by mechanical force
除了电场和磁场外，多铁性材料中有序参数的交叉耦合无论从实际应用还是从基础研究的角度来看都是非常有必要的。近年来，机械力通过电弹耦合作用在铁电材料中实现铁电有序参数的转变引起了人们的极大关注。利用扫描探针显微镜系统研究了多晶多铁性Bi 0. 9 La 0. 1FeO 3薄膜的机械力诱导极化和磁化反转。压电响应力显微镜和磁力显微镜的响应表明，Bi 0. 9 La 0. 1FeO 3薄膜中的铁电畴和磁畴都可以通过机械力和电场实现开关。由机械力产生的高应变梯度被证明是能够诱导铁弹开关，从而诱导铁电偶极子和磁自旋翻转在我们的薄膜，作为电-弹耦合和磁电耦合的结果。在室温下的铁电和磁畴的机械力控制的演示提供了一个新的自由度的操纵多铁性，并可能导致新的功能的设备。
2016-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetic textures in exchange coupled-ferromagnetic multiferroic films
本研究针对多铁性器件低功耗应用需求，开展磁电-自旋轨道元件建模（重点为磁电组件）与磁化反转模拟，所提方法可分析尺寸因素、界面作用及外场对多铁性纳米元件磁态的影响。
2023-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Engineering magnetic domain wall energies in multiferroic BiFeO$_3$ via epitaxial strain
本研究利用第一性原理计算发现，外延应变可调控多铁BiFeO$_3$的磁相互作用，并预测在-1.5%至-0.5%压应变下可出现反铁磁斯格明子等拓扑稳定磁性状态。
2023-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Origin of ferroelectricity and multiferroicity in binary oxide thin films
在二元氧化物薄膜中观察到铁电、铁磁和铁弹相引起了科学家和工程师的广泛兴趣。然而，所观察到的行为的物理性质的理论考虑主要是从第一性原理的HfO 2薄膜，并在朗道-金兹伯格-德文郡（LGD）的唯象方法的框架中，特别注意在这两种情况下的氧空位的作用。考虑到LGD理论的一般性，我们在这项工作中将其应用于二元氧化物组。已经在假设氧空位作为弹性偶极子可以由于缺陷位点诱导的和/或表面诱导的反转对称性破缺（经由例如压电效应）而部分地转变成电偶极子并且可以“迁移”超薄膜的整个深度的情况下执行了计算。计算了室温下不同膜厚下薄膜极化随外加电压的变化关系。由于许多二元氧化物膜是铁电和铁磁的，由于相同的氧空位，它们可以是多铁性的。计算表明，二元氧化物薄膜是一类新的多铁性材料，具有广泛的物理性质，可用于纳米电子学和纳米技术。通过选择氧空位浓度、膜厚和特殊的工艺处理如退火，可以控制薄膜的性能。
2020-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale polarization switching mechanisms in multiferroic BiFeO$_3$ thin films
利用压电响应力显微镜研究了具有本征“条状”和"气泡状“多畴结构的BiFeO $_3$多铁性薄膜的铁电开关。使用由扫描探针显微镜尖端施加的局部电场，我们观察到反转的平面外和平面内的偏振分量，与最终的域状态取决于尖端扫描方向。在"气泡状“样品中，实现了偏振的完全控制，面内偏振变化通过面外偏振反转来调节和稳定。在"条状“样品中，本征畴结构影响极化转换，并且在没有面外变化的情况下可能发生面内反转。观察到的开关行为可以很好地与尖端施加的高度不均匀电场的径向和垂直分量相关。
2009-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Heteroepitaxial Growth and Multiferroic Properties of Mn-doped BiFeO3 films on SrTiO3 buffered III-V Semiconductor GaAs
采用脉冲激光沉积法在GaAs（001）衬底上以SrTiO 3（STO）为缓冲层生长了Mn掺杂BiFeO 3（MBFO）薄膜。X射线衍射结果表明，薄膜为纯（00 l）取向，MBFO（100）//STO（100），而STO（100）//GaAs（110）。压电响应力显微镜图像和极化-电场曲线表明，生长在GaAs上的MBFO薄膜具有有效的铁电开关。MBFO薄膜具有良好的铁电性能（2 Pr ~ 92 μC/cm 2，2 EC ~ 372 kV/cm）。在室温下，该异质结构具有饱和磁化强度为6.5emu/cm ~ 3，矫顽场约为123 Oe的铁磁特性。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Effects of biaxial strain on the improper multiferroicity in h-LuFeO3 films
弹性应变是一个潜在的重要途径，在调整不适当的多铁性六方晶系铁氧体的性能，然而，由于实验困难的细节一直难以捉摸。采用限制热膨胀的方法，研究了h-LuFeO 3（001）薄膜底面等温双向应变的影响。结果表明，双轴压应变显著增强铁磁畸变，且温度越高，影响越大。根据我们的第一性原理计算，压缩双轴应变和增强的铁磁畸变一起导致电极化的强度增加和h-LuFeO 3中弱铁磁磁矩的倾斜减少。这些发现对于理解h-LuFeO 3中的应变效应以及晶格和不适当的多铁性之间的耦合是重要的。h-LuFeO 3薄膜中应变效应的实验解释也表明，抑制热膨胀可以是一种可行的方法来解开许多其他外延薄膜材料中的应变效应。
2016-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Low Symmetry Phase in (001) BiFeO$_3$ Epitaxial Constrained Thin Films
用同步辐射X射线衍射确定了（001）取向的BiFeO $_3$外延薄膜的晶格。通过选择合适的包含固定（001）反射的散射区，我们发现室温下薄膜中存在类似于$M_A$相的低对称相。这些结果表明，在相稳定性的变化，从菱形体在大块单晶，在外延薄膜的修改单斜结构。
2005-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Iron Oxide Thin Films at Room-Temperature
尽管与新一代信息存储器件的开发高度相关，但在室温以上显示磁性和铁电性顺序的单相材料并不多。此外，这些不常见的材料通常在铁电顺序之一中显示出不显著的磁矩值，或者是复杂的多组分氧化物，这将非常具有挑战性地集成到设备中。在这里，我们报告的战略，以稳定的亚稳ε-Fe 2 O3的薄膜形式，我们表明，除了其已知的亚铁磁性的性质，薄膜也是铁电在300 K的反射极化1微C/cm 2。薄膜极化显示出长的保留时间，并可以在小的施加电压下切换。这些特性使得ε-Fe 2 O3成为第一个在室温下具有铁磁性和铁电性的单离子过渡金属氧化物。这种新的多铁性氧化物的简单组成和其薄膜生长的稳健路径的发现可能会促进新型器件中的ε-Fe 2 O 3的开发。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Bi$_2$NiMnO$_6$ Thin Films: A Computational Prediction
我们报告的第一性原理计算的少数材料之一，被认为是一个铁电铁磁体，Bi $_2$ NiMnO $_6$。我们的计算表明，与迄今为止报道的相反，体Bi $_2$ NiMnO $_6$不具有极化。相反，像BiMnO $_3$一样，它结晶成具有空间群$C2/c$的中心对称结构。我们还预测，$_2$ $_6$将确实是一个铁电铁磁体，如果它是作为一个外延薄膜生长在衬底上的面内正方形对称和晶格常数约为4 Ω，如BaTiOPDMATHABMO或PbZr $_{1-x}$ Ti $_{x}$ O $_{3}$。
2016-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Ferroelectric HfO2 Films: Growth, Properties, and Devices
在掺杂HfO2多晶薄膜中首次报道铁电性之后大约十年，人们对这种材料产生了巨大的兴趣，铁电氧化物再次成为存储器行业的焦点。人们正在努力了解和控制铁电特性。与多晶薄膜相比，外延薄膜具有更少的缺陷和更可控的微观结构，因此对于这一目的非常有用。铁电HfO2的外延薄膜研究较少，但在2015年首次报道之后取得了重大进展。本文综述并讨论了外延HfO2的主要进展，考虑到生长，结构和铁电性能的研究，铁电相的识别，和设备的制造。我们希望这篇评论将有助于研究人员研究外延HfO2。它还可以帮助扩展铁电HfO2社区的兴趣，现在基本上集中在多晶样品，外延膜。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Ferroelectric La-doped Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films
在铁电体Hf0.5Zr0.5O2中掺杂La是提高铁电体耐久性的一条很有前途的途径。然而，La对多晶膜的耐久性的有益影响可能伴随着保持力的下降。我们研究了掺镧外延薄膜的耐久性保持困境。与未掺杂的外延膜相比，在更宽的厚度范围内获得了大的极化值，而矫顽场是相似的，并且漏电流大幅降低。与多晶掺La薄膜相比，外延掺La薄膜表现出更强的疲劳性，但没有明显的唤醒效应和阻容保持困境。持久的唤醒效应常见的多晶La掺杂Hf0.5Zr0.5O2薄膜，是有限的几个周期，在外延膜。尽管疲劳，在外延镧掺杂薄膜的耐久性是超过1010个周期，这种良好的性能是伴随着超过10年的优秀保留。这些结果表明，唤醒效应和磁阻保持的困境是不是本征在La掺杂的Hf0.5Zr0.5O2。
2020-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Phase diagram of Sr$_{1-x}$Ba$_x$MnO$_3$ as a function of chemical doping, epitaxial strain and external pressure
利用\textit{ab initio}计算系统地研究了多铁性$_{1-x}$ Ba $_x$ MnO $_3$（$0 \leq x \leq 1$）相图随化学掺杂、外延应变和外压的变化。我们发现，通过在立方SrMnO $_3$中用Ba替换Sr并施加外延应变，材料可以被调谐到两个多铁性相之间的一阶转变附近，一个反铁磁性相具有较小的极化，一个铁磁性相具有较大的极化。在过渡区附近可以实现巨大的有效磁电耦合和交叉场控制（磁场控制磁性或磁场控制极化）。理论计算的转换点上的交换相关泛函的选择的依赖性被确定，并发现是不可忽略的。我们还表明，钙钛矿结构的BaMnO $_3$可以稳定相对于其六方多晶型在压力大于20 GPa。
2016-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Reduced Coercive Field in Epitaxial Thin Film of Ferroelectric Wurtzite Al0.7Sc0.3N
首次获得了具有明显极化-电场电滞特性的外延纤锌矿铁电薄膜。在W/c-蓝宝石衬底上的这种外延Al 0.7Sc 0.3N膜的矫顽场比在Pt/TiO x/SiO 2/Si衬底上的常规纤维织构膜的矫顽场小0.4 ± 0.3 MV cm-1（8%），这归因于外延膜中的c轴晶格参数小0.01 ± 0.007 MV cm-1。的应变和矫顽场的减少最有可能源于外延应变，而不是在热膨胀系数的失配。这些结果提供了一个洞察力，进一步降低矫顽场的新型纤锌矿铁电体使用外延失配应变。
2021-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial thin films of the multiferroic double perovskite Bi2FeCrO6 grown on (100)-oriented SrTiO3 substrates: Growth, characterization, and optimization
研究了脉冲激光沉积Bi 2FeCrO 6薄膜过程中沉积压力PO 2和衬底温度TS的影响。结果表明，由于Bi的高挥发性，在SrTiO 3衬底上沉积Bi 2 FeCrO 6薄膜非常困难，只有在很窄的沉积参数范围内才有可能在SrTiO 3衬底上生长纯Bi 2 FeCrO 6薄膜。我们发现，纯Bi 2FeCrO 6相是在一个狭窄的窗口内形成的氧气压力PO 2 =1.210-2毫巴和周围的衬底温度TS=680摄氏度。在较低温度或较高压力下，出现Bi_（7.38）Cr_（0.62）O_（12 +x），又称（b* Bi_2 O_3）和Bi_2Fe_4 O_9/Bi_2（Fe，Cr）_4 O_9 +x相，而在较低压力或较高温度下，出现（Fe，Cr）_3 O_4相。其中一些次级相并不为人所知，之前也没有进行过研究。我们以前曾报道Fe/Cr阳离子排序的可能起源的十倍改善磁化强度在饱和的Bi 2FeCrO 6膜，BiFeO 3相比。在这里，我们解决的Bi 2FeCrO 6单相的磁性能的阳离子有序度的效果。室温下的极化测试表明，我们的Bi_2FeCrO_6薄膜具有优良的铁电性能，铁电滞回线沿赝立方（001）方向的回复极化高达55-60 miroC/cm ~ 2。
2009-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Morphological evolution and surface/interface Fe-oxide formation in epitaxial Fe(001)/MgO(001) thin film
本研究利用电子束蒸发在MgO(001)衬底上生长外延Fe薄膜，通过同步进行RHEED与TM测量，分别监测了薄膜的结构与形貌演变。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Deterministic manipulation of multi-state polarization switching in multiferroic thin films
本研究提出在BiFeO3多铁薄膜中结合面外电场与面内拖尾场，选择性控制71°和180°翻转路径，实现可逆、确定性的四态极化。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on the magneto-electric coupling of YMnO3 thin films
报道了在蓝宝石（0001）衬底上制备纯相多铁性YMnO_3薄膜的研究。采用脉冲激光沉积技术制备了薄膜，并采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散吸收光谱（EDAX）和介电磁场测量技术对薄膜进行了表征。结构表征表明相纯度和外延性质的薄膜。介电响应表明，在30 K附近，远低于体Neel温度~ 70 K的介电常数和tand的异常。介电常数和Tand及其磁场依赖性的这种异常被解释为由于衬底和YMnO 3膜之间的晶格失配的应变的影响。当磁场平行于薄膜的ab平面时，磁电容也有明显的增强。我们的研究结果表明，它是可能的调整的多铁性YMnO 3通过铁弹路线的变化。
2009-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial ferromagnetic semiconductor GdN thin films on Si substrate
本文已被作者撤回
2010-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Infrared and magnetic characterization of the multiferroic Bi2FeCrO6 thin films in a broad temperature range
用脉冲激光沉积法在LaAlO 3衬底上制备了Bi 2FeCrO 6外延薄膜，在10 ~ 900 K温度范围内记录了薄膜的红外反射光谱。没有观察到相变到顺电相的证据，但在600 K附近发现了一些声子异常。大多数的极性模式只表现出逐渐软化，这导致在加热的静态介电常数的连续增加。这表明铁电相变应该发生在高于900 K的温度。磁性测量进行了高达1000 K，揭示了一个可能的磁相变之间的600和800 K，但准确的临界温度不能确定由于强的抗磁性信号从基板。然而，我们的实验数据表明，B位有序的Bi 2FeCrO 6是一种罕见的高温多铁性材料。
2007-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Giant Direct and Inverse Electrocaloric Effects in Multiferroic Thin Films
基于温室气体压缩的制冷系统对环境有威胁，并且不能按比例缩小到芯片尺寸。在相变附近，热材料对外部场呈现出大的热响应，这使得它们有希望用于开发替代固态冷却装置。电热效应特别适用于便携式制冷应用;然而，大多数电热材料在非环境温度下运行最佳，或者需要施加大电场。在这里，我们预测，适度的电场可以产生巨大的室温电热效应的多铁性BiCoO $_{3}$（BCO）薄膜。取决于所施加的场的取向，所产生的电热效应是直接的（加热）或反向的（冷却），这可以使得能够设计增强的制冷循环。我们发现，自旋-声子耦合和相位竞争是所揭示的热现象的根本原因。双电热响应的BCO薄膜可以有效地调整通过外延应变，我们预计，其他控制策略，如化学取代也是可能的。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Martensite structures and twinning in substrate-constrained epitaxial Ni-Mn-Ga films deposited by a magnetron co-sputtering process
为了获得Ni-Mn-Ga外延薄膜结晶在马氏体结构显示磁致重排（MIR）的马氏体变体，精细控制的组成是必需的。在这里，我们提出了如何共溅射过程可能有助于在Ni-Mn-Ga外延薄膜的发展。本文研究了用Ni-Mn-Ga三元靶和纯锰靶共溅射制备的一批Ni-Mn-Ga外延薄膜。共溅射工艺允许精确控制膜成分，并且能够在高温沉积期间保持Ni-Mn-Ga奥氏体的外延生长。它引起在室温下调节膜中的MIR-active 14-调制马氏体的含量，以及微观和宏观孪晶畴尺寸。
2011-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial germanidation of full-Heusler Co2FeGe alloy thin films formed by rapid thermal annealing
采用快速热退火诱导锗化方法，在绝缘体上硅（SOI）衬底上外延生长Fe/Co/赝Ge（001）-on-insulator（GOI）多层膜，制备了全Heusler Co2 FeGe（CFG）合金薄膜。X射线衍射（XRD）分析结果表明，薄膜沿[001]方向外延生长，且具有面内外延结构，薄膜的面内外延关系为[100]|| GOI[100]，虽然电影稍微包含纹理成分。强的（111）和（200）超晶格衍射强度表明，CFG薄膜具有高度有序的L21结构。薄膜的横截面高分辨率透射电子显微镜图像表明薄膜具有主要的外延和轻微的织构组分，这与XRD测量结果一致。外延元件直接生长在SOI衬底的BOX层上，而不形成任何界面层。
2010-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Relationship between crystal structure and multiferroic orders in orthorhombic perovskite manganites
我们使用共振和非共振X射线衍射测量结合第一性原理电子结构计算和蒙特卡罗模拟来研究正交钙钛矿锰氧化物o-$R$ MnO $_3$（$R$是稀土阳离子或Y）的晶体结构和多铁性有序之间的关系。特别是，我们专注于内部晶格参数（Mn-O键长和Mn-O-Mn键角）如何在化学压力和外延应变下演变，以及这些结构变化对微观交换相互作用和长程磁序的影响。我们发现，化学压力和外延应变不同地容纳由o- $R$ MnO $_3$的晶格，这是理解体样品和应变膜之间的磁性差异的关键。最后，我们讨论了这些磁性差异对o- $R$ MnO $_3$电极化的强度的影响.
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature photoluminescence study of thin epitaxial GaAs films on Ge substrates
采用有机金属气相外延（OMVPE）技术在Ge衬底上生长了厚度为140 ~ 1000 nm、不同Si掺杂水平的GaAs外延薄膜，并对其进行了低温光致发光（PL）光谱分析。
2007-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-Vacancy-Induced Antiferromagnetism to Ferromagnetism Transformation in Multiferroic Thin Films
采用实验测量和第一性原理密度泛函计算相结合的方法研究了氧空位对Eu_（0.5）Ba_（0.5）TiO_（3-δ）（EBTO_（3-δ））薄膜磁有序性的影响.制备了两种不同氧缺陷的EBTO 3-δ薄膜。采用核共振背散射光谱技术对挥发油的含量进行了定量测定。Eu0.5Ba0.5TiO3陶瓷具有铁电（FE）和G型反铁磁（AFM）特性。而EBTO 3-δ薄膜具有铁磁（FM）特性，居里温度为1.85 K。来自VOs的自旋极化Ti ~（3+）离子已被证明介导了Eu ~（4f）自旋之间的FM耦合，并被认为是导致磁性有序性发生巨大变化的原因。我们的工作开辟了一个新的途径，通过控制AFM-FE多铁性材料中的氧缺陷，开发FM-FE材料。
2013-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Spin-lattice coupling in multiferroic Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 thin films
我们对外延Pb（Fe_（1/2）Nb_（1/2））O_3 200 nm薄膜进行了磁化强度和X射线衍射测量。从面外晶格参数的温度依赖性，我们可以指定在Td ~ 640 K的伯恩斯温度，在T* ~ 510 K的温度，与静态极性纳米区域的出现有关，以及在200 K发生的异常。后者正好是由磁化强度确定的Néel温度TN，并指向TN ~ 200 K处的自旋-晶格耦合。我们还观察到“弱铁磁性”高达300 K，并提出superantiferromagnetic集群作为一个合理的方案来解释这种滞后TN以上。
2009-02-27 cond-mat.mtrl-sci
