Ga0.6Fe1.4O3多铁薄膜基于磁电耦合效应的纳米尺度磁化翻转现象

铁电与铁磁两种铁有序同时共存的磁电耦合(ME) 多铁材料近年来一直备受科学界的关注。然而, 目前发现的单相多铁材料大多数都表现出反铁磁性或者较低的工作温度，这严重限制了其在实际器件中的应用。如果一种材料能够在室温下实现铁电与铁磁之间的强烈耦合，那么我们不但可以利用磁场控制材料的铁电极化，更重要的是还可以利用电场来诱导磁化翻转，这无疑对制备高密度、低功耗的电写磁读存储器件具有重要的推动作用。因此，探索兼具高工作温度、高剩余磁化强度以及强ME耦合效应的单相多铁材料将成为未来研究的热点。铁酸镓（Ga_2-xFe_xO₃）体系由于拥有高于室温的单相多铁性以及强的磁电耦合效应，有望成为下一代多铁存储领域具有潜力的候选材料之一。

张军博士（导师：许小红教授）和薛武红老师通过使用脉冲激光沉积法在Nb-SrTiO₃单晶基片上成功外延了沿铁电极化（111）取向的Ga_0.6Fe_1.4O₃薄膜。磁性测量结果显示薄膜表现出较强的室温亚铁磁性，铁电测量结果表明薄膜具有明显的室温铁电性。另外，通过导电的Nb-SrTiO₃基片作为底电极，原子力显微镜的Co/Cr探针作为顶电极，施加较小的外电压，利用其内在的磁电耦合效应，对铁磁畴的磁化取向能进行可逆、非易失的调控（图1）。在指定区域内，磁畴翻转的变化率高达72%以上。这也是我们首次在罕见的亚铁磁单相多铁材料中观察到显著的室温电控磁畴翻转现象。

图1 Nb-SrTiO₃/Ga_0.6Fe_1.4O₃薄膜电控磁畴翻转的MFM相位图。

相关成果以《Nanoscale magnetization reversal by magnetoelectric coupling effect in Ga_0.6Fe_1.4O₃ multiferroic thin film》为题，以封面论文的形式于2021年3月19日发表在ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 18194（图2）.

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/acsami.0c21659

图2 ACS Appl. Mater. Interfaces期刊封面图。