阳离子掺杂调控反应溅射MxFe3-xO4外延薄膜的磁性和电输运特性

项目名称： 阳离子掺杂调控反应溅射MxFe3-xO4外延薄膜的磁性和电输运特性

项目编号： No.11304221

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 金朝

作者单位： 天津大学

项目金额： 30万元

中文摘要： 尖晶石铁氧体MFe2O4具有丰富的磁性、多铁性和电输运特性，在自旋电子学器件上有广泛的应用前景。为了满足在不同器件上的实际应用，需要通过金属阳离子掺杂对MFe2O4薄膜的磁性、多铁性和自旋相关电输运特性进行调控。本课题拟用反应共溅射方法制备MxFe3-xO4外延薄膜，通过非磁性阳离子的掺杂实现亚铁磁性到反铁磁性的转变；磁性阳离子的掺杂实现半金属到铁磁绝缘体的转变；通过调节氧空位的密度实现铁氧体电阻率从绝缘体到半导体的变化。非磁性阳离子在A/B位上的非平衡占位使得自旋排列倾斜，从而研究自旋倾斜对MxFe3-xO4薄膜的磁性和电输运特性的影响。系统分析MxFe3-xO4薄膜中磁性和电输运性质的影响因素和变化规律，揭示铁氧体MxFe3-xO4薄膜中磁性和电输运特性的物理机制。研究结果将为尖晶石铁氧体薄膜材料在自旋注入、自旋过滤和多铁性中的应用提供依据。

中文关键词： 尖晶石铁氧体；磁性；氧空位；磁电耦合；反应溅射

英文摘要： Spinel ferrites MFe2O4, with remarkable magnetic, multiferroic and transport properties, are wildly used in spintronics devices. In order to meet the application on various devices, we should tune the properties, including the magnetic, multiferroic and the spin-dependent transport properties. We intend to fabricate MxFe3-xO4 epitaxial films by using reactive cosputtering. Nonmagnetic cations doping can lead MFe2O4 films change from ferrimagnetic to antiferromagnetic. The magnetic cations doping can lead MFe2O4 films change from half-metal to ferromagnetic insulator. The density of oxygen vacancies can tune the resistivity from insulator to semiconductor. The non-equilibrium distribution of the cations can lead spin canting, to further investigate the influence of spin canting on the magnetic and transport properties of MxFe3-xO4 films. Investigate the influence factor and variation of the magnetic and electrical properties in the MxFe3-xO4 films. Reveal the variation of the structure and properties, and the physical mechamisms of ferrite. This research results will provide the basic data for the spinel ferrites films and the application in spin-injection, spin-filter and multiferroic.

英文关键词： Spinel Ferrite；Magnetic Properties；Oxygen Vacancies；Magnetoelectric Coupling；Reactive Sputtering