基于渗流效应的高磁电耦合铁电/铁磁多铁复相薄膜形成及其机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51772269
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In general, for high efficient magnetoelectric coupling in the ferromagnetic/ferroelectric composite thin film, the special microstructure, such as 1-3 structure which has 1-dimentianal parallel ferromagnetic phase wires assigned in ferroelectric matrix phase along the normal direction of the thin film, must be designed for generating anisotropy distortion of the ferromagnetic phase while stressed by the homogeneous dispersed ferroelectric matrix. The issue of difficult realization of magnetoelectric coupling in traditional composite systems, limit the practical and high quality application of multi-ferroic composite thin films. This project proposed to solve the problems by systematically studying the fundamental issues of multiferroic and the magnetoelectric coupling. In order to achieve highly efficient magnetoelectric coupling in the composite thin film prepared by conventional deposition methods, the anisotropy percolation threshold in different orientations of thin film is introduced to form strings of stacked ferromagnetic nano crystalline phase particles and the single-crystal substrate is adopted to control the growth of magnetic phase in special orientation in the composite thin film. The 1-3 like topological structure can be well controlled to realize with conventional technologies, such as RF sputtering which are widely used for preparation of traditional composite thin film, in which the two step processes of forming amorphous phase initially and then crystalline phase based on nucleation/crystallization mechanism. In this case, the problem that magnetoelectric coupling is hard to realize in the traditionally prepared composite thin film can be solved successfully by generating the anisotropy distortion of the ferromagnetic phase while stressed by the homogeneous dispersed ferroelectric matrix. Hence, high magnetoelectric coupling will be obtained in the multiferroic composite thin film prepared by conventional method. It is obvious that this project will promote the development of the multiferroic composite thin films and be beneficial to new applications of multifunctional electronic devices. Beside, very promising preliminary result which is almost the same as the best one reported by using the special designed 1-3 structure has been obtained to prove the idea concerned.
项目针对复相多铁薄膜,考虑铁相间高效磁电耦合通常仅在经特殊的复杂结构设计后能通过两相间产生各向异性应力传递的体系中产生,而不易在传统方法制备的复合体系中获得等难题,提出了在复相薄膜中通过引入渗流效应,利用简单的传统原位沉积工艺制备高耦合特性多铁复合薄膜的新观点。项目以这种新型复合薄膜为目标,基于复相中渗流效应产生以及渗流阈值的方位各向异性控制特点, 利用如磁控溅射等传统薄膜生长技术, 经先控制形成非晶再成核/析晶的两步法过程并利用基板诱导铁磁相取向生长,实现在原位随机生长的两相复合薄膜中形成取向铁磁相纳米串,且原位形成的纳米串沿薄膜法向排列并镶嵌于铁电相基体中,最终形成在两相间具有各向异性应力传递特点的类1-3结构复合多铁薄膜, 以解决目前无法在传统两相复合多铁体系中产生高磁电耦合的难题。初步结果已经获得了与目前报道的最佳性能相当的高磁电耦合性能,研究对复相多铁薄膜的发展和应用具重要意义。

结项摘要

由一维取向的铁磁相埋入三维铁电相本体中制成的1-3微结构复相多铁薄膜,受到各向异性作用力而产生良好的磁信号响应。然而,如何解决在薄膜中不通过人工植入单晶的或取向的一维阵列等复杂工艺而直接利用简单的原位制备技术制备薄膜是真正能拓展其在新型多功能器件中广泛应用的关键。.本项目分别利用NZFO 和BTO作为铁磁相和铁电相原料在半导体行业最常用的单晶硅基板上制备铁电铁磁复相薄膜材料。.项目成功通过溶胶凝胶法并利用相分离技术,原位生长了均匀分散于薄膜中且被成功控制沿(111)取向生长的单晶微柱状NZFO阵列,得到了(111)取向生长的NZFO相微柱阵列复相薄膜。利用薄膜中NZFO和BTO分别掺杂有Ti和Fe离子的特征,调制使晶相形成过程中与基板的接触角及异相成核势垒变小,并同时将首层膜厚度控制得极薄,使NZFO易沿平面扩展生长的同时,再结合利用立方相的NZFO本身(111)晶面具有相对低表面能的特性,控制NZFO在极薄膜层中以(111)晶面取向生长,从而获得NZFO相为(111)取向生长的首层薄膜。最后经逐层诱导在硅基板上获得原位生长(111)取向NZFO相微柱阵列复相薄膜。在其铁电相BTO居里温度的~398K附近,薄膜的磁化强度变化达到~40%。.项目还基于渗流理论,成功利用在不同维度系统中渗流阈值不同的效应,通过磁控溅射方法,利用传统制备0-3形复合薄膜的方法成功在硅基板上原位制备了类1-3型NZFO-BTO复相薄膜。其中NZFO相被巧妙控制形成了纳米晶粒相互接触且沿法向排列的一维纳米晶串,获得了类1-3结构NZFO-BTO复相薄膜。同时,利用硅基板晶格的外延控制,实现了(100)取向生长。薄膜同样表现出了很强的ME耦合特性,在约400K时,其磁场强度变化依然达10%以上。尽管可能由于其实际为类一维磁相,且为不同于NZFO易磁化轴(111)方向的(100)取向,而未表现出最强的磁化强度变化。.综上,这类NZFO/BTO复相薄膜表现出了很大的ME耦合特性,甚至比已有报道的硅基板上薄膜的性能要高得多,有望在以硅基板为主的半导体行业内作为高效ME耦合多铁薄膜材料在新一代功能器件中得到广泛应用。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Mechanism of Doping-Induced Orientation of Magnetic Phase in a Sol−Gel-Derived Ni0.5Zn0.5Fe2O4/BaTiO3 Multiferroic Thin Film with High Magnetoelectric Coupling
高磁电耦合溶胶凝胶衍生 Ni0.5Zn0.5Fe2O4/BaTiO3 多铁性薄膜中掺杂诱导磁相取向机制
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.1c05122
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    The Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wei Tian;Guyao Li;Shuang Lv;Ning Ma;Zongrong Wang;Yu Tang;Piyi Du
  • 通讯作者:
    Piyi Du
Millimeter-wave absorption properties of BaTiO3/Co3O4 composite powders controlled by high-frequency resonances of permittivity and permeability
BaTiO3/Co3O4复合粉末的毫米波吸收特性受介电常数和磁导率高频共振控制
  • DOI:
    10.1039/c8tc04776f
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Tian Wei;Ma Ruoyang;Gu Jian;Wang Zongrong;Ma Ning;Du Piyi
  • 通讯作者:
    Du Piyi
Magnetoelectric coupling tailored by the orientation of the nanocrystals in only one component in percolative multiferroic composites.
通过渗透多铁复合材料中仅一个组件中的纳米晶体的取向来定制磁电耦合
  • DOI:
    10.1039/c9ra03291f
  • 发表时间:
    2019-06-25
  • 期刊:
    RSC advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
  • 通讯作者:
Synthesis and controlled morphology of Ni@Ag core shell nanowires with excellent catalytic efficiency and recyclability
具有优异催化效率和可回收性的Ni@Ag核壳纳米线的合成和可控形貌
  • DOI:
    10.1088/1361-6528/ab27ce
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nanotechnology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Shan Wang;Shaoyu Niu;Haosheng Li;Ka Kin Lam;Zongrong Wang;Piyi Du;Chi Wah Leung;Shaoxing Qu
  • 通讯作者:
    Shaoxing Qu
Percolative multi-susceptible PVDF/NZFO composite films with triply controlled high dielectric and magnetic properties
具有三重控制高介电和磁性的渗透性多敏感PVDF/NZFO复合薄膜
  • DOI:
    10.1063/1.5008791
  • 发表时间:
    2018-03-14
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Zhao, Wenjia;Gong, Jiaqing;Du, Piyi
  • 通讯作者:
    Du, Piyi

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杜丕一的其他基金

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相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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