首页 > 行业资讯 > 南科大汪宏教授课题组 AFM: 高熵铁氧体薄膜的强亚铁磁性和可切换磁各向异性

南科大汪宏教授课题组 AFM: 高熵铁氧体薄膜的强亚铁磁性和可切换磁各向异性

时间：2023-02-10 来源：浏览：

南科大汪宏教授课题组 AFM: 高熵铁氧体薄膜的强亚铁磁性和可切换磁各向异性

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#尖晶石 3 个

#高熵氧化物 6 个

#磁性绝缘体 2 个

#磁各向异性 2 个

#强磁性 2 个

点击蓝字关注我们

亚铁磁绝缘（ FMI ）材料在射频技术、微波通信、辐射计、精密仪器等方面有着广泛的应用。无线通信的快速发展对电子设备提出了更高的要求，包括小型化、集成化和高频操作。开发具有可调磁各向异性、优越饱和磁化强度（ M _S ），较高的电阻率（ ρ ）的多功能 FMI 材料对于实现下一代无耗散电子和高频自旋电子器件至关重要。然而，自然界中的 FMI 材料难以满足对多功能设备日益增长的需求。

针对上述问题，南方科技大学材料科学与工程系汪宏教授团队以 “ Robust Ferrimagnetism and Switchable Magnetic Anisotropy in High-Entropy Ferrite Film ” 为题，在国际顶级期刊 Advanced Functional Materials 上发表研究论文（ DOI: 10.1002/adfm.202214273 ）。该团队利用高熵的多元素随机分布以及多离子之间的相互作用特性，以高熵 (CrMnFeCoNi) ₃ O ₄ （ CMFCN ）为研究对象，揭示了高熵 (CrMnFeCoNi) ₃ O ₄ 薄膜的厚度与结构和磁性之间的关系。其中，厚度为 10 nm 的高熵薄膜展现出超高饱和磁化强度（ 1198 emu·cm ^-3 ）、低矫顽力（ 90 Oe ）以及高电阻率（ 1233 Ω·cm ）。此外，所有高熵薄膜都表现出较大的磁各向异性，同时发现随着薄膜厚度增加，易磁化轴从面内方向切换为面外方向。这些优异的磁性能和可切换的磁轴一直是自旋电子学追求的热点。这项工作证明了通过高熵多元素设计开发具有综合性能优异的新型磁性材料提供了一个新思路。

图 1: 高熵 CMFCN 薄膜中晶体结构随厚度的变化情况。由图 1 （ a ）的 XRD 展现出随着薄膜厚度逐渐增加高熵薄膜的第二相衍射峰出现，且衍射峰强度逐渐增加并最终占主导地位。图 1 （ b-g ）的倒易空间图也证实了这一点。

图 2 ： 10 nm 和 60 nm CMFCN 薄膜的高分辨率 HAADF-STEM 图像以及相应的 EDS 元素图。图 2 （ a ）表明 10 nm 高熵 CMFCN 中无反相界（ APB ）缺陷，而图 2 （ b-d ）表明 60 nm 高熵薄膜中有缺陷存在，且证实了缺陷随机分布于薄膜的晶体结构中。结合 XRD 和高分辨 STEM 结果证实了厚度增加会导致岩盐相的形成。

图 3: 不同厚度高熵 CMFCN 薄膜的拉曼光谱和 XAS 光谱图。

图 4: （ a–f ）不同厚度高熵 CMFCN 薄膜 300 K 的面内和面外磁滞回线，所有薄膜都表现出大的磁各向异性。厚度较薄时具有大的饱和磁化强度，且磁易轴为面内。随着厚度的增加磁易轴为面外且薄膜磁化强度大大降低，这可能是由于岩盐结构的反铁磁相所引起的。（ g ）由于晶格畸变引起的反铁磁矩倾斜图。（ h ） 60 nm 薄膜 10 K 的交换偏置曲线，验证了岩盐结构的反铁磁相互作用。（ i ， j ）分别为 CMFCN 薄膜 10 nm 和 60 nm 的 MFM 图像。

图 5 ：（ a-c ）不同厚度的高熵 CMFCN 薄膜的 M-T 曲线，图（ a ） 10 nm 薄膜的面内磁化强度远远大于面外，表明磁化轴为面内；图（ b-c ）面外磁化强度大于面内，表明易磁化轴为面外，与图 4 （ a-f ）相对应。（ d-e ） 10 nm 高熵 CMFCN 薄膜 10~400 K 的面内 M – H 曲线以及对应的放大图。（ f ） 10 nm 高熵 CMFCN 薄膜的 ρ– T 曲线。