3d-5d氧化物超晶格中垂直磁各向异性的界面调控研究

Perpendicular magnetic anisotropy (PMA), which is helpful to improve the performance of magnetic memory, shows a large potential in industrial applications. Therefore, realizing and enhancing the PMA have been a vital goal in the research on magnetism. Regulating coordination environment and introducing strong spin-orbit coupling (SOC) provide some effective methods to achieve the goal. Among current magnetic materials, oxide heterostructure, which consists of 3d magnetic oxide and 5d heavy metal oxide with perovskite structure, has unique advantages in modulating PMA. For instance, the strong SOC from 5d heavy metal oxide is positive to enhance the energy of PMA, and interface engineering provides fruitful means to effectively modulate the PMA. In this project, the 5d iridate with strong SOC and 3d manganate, ferromagnetic LaxSr1-xMnO3 (LSMO), are chosen to construct superlattice. In this system, the strong SOC could be used to enlarge the anisotropy energy. And various interface-dependent means can be used to control the oxygen octahedral rotation (OOR) and deformation (OOD), and realize the PMA. Based on above researches, we could understand the rules of modulating the PMA by controlling OOR and OOD, and provide some references for regulating the magnetic properties of oxide system and developing oxide magnetic devices.

垂直磁各向异性(PMA)在提高磁存储器存储性能方面有着巨大的应用潜力，因此在磁性材料中，调控产生和增强PMA一直是人们追求的重要目标。而改变配位环境和引入强自旋轨道耦合(SOC)作用是实现该目标的有效方法。在众多磁性材料体系中，3d-5d磁性层-重金属钙钛矿氧化物界面体系在这一方面有着独特优势。首先，5d重金属氧化物具有强SOC作用，有助于增强PMA；其次，在该界面体系中，可通过丰富的界面调控手段，有效调控实现PMA。在本项目中，我们选择具有强SOC作用的5d重金属铱酸盐与铁磁性3d氧化物LaxSr1-xMnO3(LSMO)薄膜构建超晶格。利用铱酸盐强SOC增强磁各向异性能；利用丰富的界面调控手段，控制氧八面体旋转和变形（OOR和OOD），实现PMA。通过本项研究，掌握氧化物界面体系中OOR和OOD调控PMA的规律，为调控氧化物体系磁学性质和研发氧化物磁学器件提供一定借鉴。

垂直磁各向异性(PMA)在提高磁存储器存储性能方面有着巨大的应用潜力。同时，可穿戴设备、人机交互等新兴信息技术的快速应用，也对存储器件的柔性化也提出了迫切要求。因此，开发具有强PMA的高质量柔性磁性材料，对于发展高性能的柔性存储器有着重要意义。我们基于强自旋轨道耦合作用（SOC）的SrIrO3（SIO），构建了一系列La0.33Sr0.67MnO3-SrIrO3（LSMO- SIO）超晶格，通过控制SIO结构，控制其强单离子各向异性，获得了强磁各向异性，并实现了易磁轴取向的控制；尤其是通过优化晶向，获得各向异性能（KU）高达3.8×106erg/cm3的强PMA；接下来，以水溶性的Sr3Al2O6和Ca1.5Sr1.5Al2O6做为牺牲层，通过先生长，再腐蚀、剥离转移的方法，制备了不同晶向的高质量LSMO和SrRuO3（SRO）柔性薄膜，并通过优化SRO的晶向和结构，获得了KU为7×106erg/cm3的强PMA。本研究表明，强SOC作用、晶向和结构对于调控氧化物薄膜磁各向异性有着重要意义，而基于牺牲层的柔性制备方法，是开发高性能柔性氧化物薄膜的可行方案。以上调控和制备方法，为发展基于磁电氧化物薄膜的柔性磁存储器件提供了重要候选方案。

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