離軸濺射法生長的BiFeO3 外延薄膜及其交換偏置效應

余果，王藝程，金利川，白飛明

電子薄膜與集成器件國家重點實驗室，電子科技大學，四川，成都，610054

　　多鐵性BiFeO3 薄膜吸引了人們廣泛的關注，并且有望應用于磁電器件、自旋電子器件和微波器件等領域。近年來，有多個研究小組報道了在FM/BiFeO3(FM=Co, Fe, Ni,NiF, CoFe, CoFeB)異質結中觀察到交換偏置現象。

　　本文首先用離軸射頻磁控濺射法在(001), (110) 和(111) SrTiO3 和Nb 摻雜SrTiO3 單晶基片上成功生長了400nm 厚的高質量的外延BiFeO3 薄膜。接著，不同厚度的 CoFe 鐵磁層又沉積在BiFeO3 薄膜上形成異質結。

　　磁化曲線測試表明：在(001)和(110)-BiFeO3 薄膜上都可以觀察到矯頑力的增加(即交換增強效應)和磁滯回線的偏移(即交換偏置效應)。但沒有在CoFe/(111)BiFeO3 異質結中觀察到交換偏置現象。各向異性磁電阻測量支持這一結果。

　　因此，我們認為無論是109 度鐵電疇、71 度鐵電疇或者螺旋自旋結構的破缺都可以導致交換偏置效應，而在(110)-BiFeO3 薄膜中發現大于70 Oe 的交換偏置場十分重要，這意味著一方面我們可以通過面外電場操控交換偏置，降低了器件設計的難度;另一方面，可以通過施加不同電場強度來控制電疇翻轉后的極化取向，從而有望實現可逆的交換偏置場調控。

　　關鍵詞 多鐵性;自旋電子;磁電效應;交換配置