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光电信息大讲堂第155期: 磁电量子薄膜材料的铁性畴操控及其原型器件

作者: 时间:2020-04-16 点击数:

主    题: 磁电量子薄膜材料的铁性畴操控及其原型器件
( Ferroic-Domain Manipulation in Magnetoelectric Quantum Thin Films and Its Prototype Devices )
时    间:  2019 年 9 月 23 日 14 : 30 - 16 : 30
地    点:  西一楼大会议室
报告人:  张金星   教授, 北京师范大学
邀请人:  游    龙   教授

报告摘要:

新型磁电量子薄膜材料及其纳米畴结构的开发、设计与可控制备,对未来新一代低功耗、高通量信息处理及可高密度集成的电子器件应用至关重要。钙钛矿氧化物材料由于其电子、自旋、轨道和晶格等量子序参量的强相互作用,可以衍生出诸如多铁性、庞磁电阻、金属-绝缘转变等一系列新奇物理现象,并且这些全新功能特性易于受外界电场、磁场、机械应力等手段调控。在此汇报中,我将以非常传统 BiFeO3 及 (La,Sr)MnO3 薄膜材料为例,介绍通过表面化学手段及外延生长过程中对应力的精确控制,在其氧化物异质结中成功实现了大面积多铁性畴结构控制以及垂直磁各向异性的畴壁阵列。在多铁性薄膜中实现了对铁电极化的大面积水溶液印刷【1】,为声表面波、表面等离激元、微纳流系统、能源存储与转化领域提供了全新思想。在锰氧化物体系中实现了对单个磁畴壁的精确电流操控,并且其临界电流密度(108 A/m2)比传统商用存储材料(例如坡莫合金)低三个数量级【2】。在此基础上,进一步实现了对其大面积周期性畴结构阵列的低能耗控制【3】。更重要的是,针对这一材料体系,我们发现有序纳米畴结构可以实现高频自旋波(~10 GHz)的有效传输【4】,在其低功耗电流操控的基础上,可以充分实现对高频电磁信号的可逆开关调控,为未来高密度集成磁电子及磁振子器件应用提供了全新的材料体系。

相关文献:【1】 Nature Communications 9, 3809 (2018) (Editor’s highlights)   【2】 Physical Review B 90, 224407 (2014)
                  [3】 Applied Physics Letters 112, 072408 (2018)                           【4】 Nature Nanotechnology 14, 691 (2019)


报告人介绍:

张金星教授,1981生,2009年毕业于香港理工大学应用物理系,获博士学位,2009至2012年期间在加州大学伯克利分校材料系和物理系从事博士后研究,2012年加入北京师范大学物理系,教授,博士生导师。近十几年来一直从事铁电、磁电及多铁性等功能薄膜材料的高质量生长、新奇物性及原型器件研究。自2012年起,在北京师范大学独立搭建了“多铁性材料与集成磁电器件”实验室,针对铁电/多铁性存储应用所追求的高密度、非损伤读取及薄膜集成等科学和技术挑战:实现了应力引发大铁电极化和水对极化的大面积“活字印刷”;在多铁性纳米岛中实现14%可逆应变和极性畴壁的电导调控,创造了非损伤读取的新思路;发现新型多铁性和磁电薄膜材料中的磁、电、弹耦合效应并制备原型器件。相关成果以通讯作者在 Nature Nanotechnology(三篇)、Nature Communications(三篇)、Advanced Functional Materials(两篇)等杂志发表,在Nanoscale上撰写特邀综述,共发表论文65篇,被SCI引用4500余次(单篇引用超800次,超过100次的10篇)。授权3项国家发明专利,多次在美国MRS、橡树岭国家实验室等做邀请报告。研究成果入选北京市自然科学基金“十二五”优秀成果选编。自2018年起担任中国低温物理专业委员会委员、中国微纳技术学会理事、美国能源部项目评审专家。


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