YIG-P(VDF-TrFE)多铁性复合薄膜的磁电耦合效应及光学特性研究

摘要

多铁性材料由于本身特有的磁电耦合效应，以及所表现出的“磁-电”双调谐性能，能够满足当前通讯领域对器件小型化，多功能，可集成等方面的要求，引起了研究者的广泛关注。本论文选择钇铁石榴石(YIG)-P(VDF-TrFE)复合薄膜多铁体系为研究对象，主要进行了复合薄膜的多铁性，逆磁电耦合效应，微波磁介电效应以及电场调控复合薄膜的光学带隙等多个方面的系统研究。以下为论文主要内容： 首先，本文表征了0.4YIG-0.6P(VDF-TrFE)复合薄膜的多铁性及其磁电耦合性能。结果发现，复合薄膜同时具有铁电性与铁磁性，证明了体系存在多铁性；观测到了复合薄膜的逆磁电耦合效应，其主要机理是体系内的应力耦合机制，同时偏置磁场的方向改变会引起逆磁电耦合系数αc变化（E⊥H为1.10%，E∥H为1.59%）；微波波段（10-400MHz）的磁介电效应最大值MD=3.5%，分析介电常数实部与介电损耗随偏置磁场的变化规律，认为复合薄膜的磁介电效应是由应力耦合机制及磁阻效应与“麦克斯韦—瓦格纳”效应共同作用导致的。 由于YIG优异的磁光性能及其在磁光薄膜器件方面的广泛应用，本文接着研究了偏置电场对xYIG-(1-x)P(VDF-TrFE)多铁性复合薄膜光学特性的影响。结果显示，复合薄膜的光学带隙会随偏置电场的增大而发生红移（YIG比重x=0.05，0.10，0.20的复合薄膜光学带隙在6MV/m的偏置电场下的变化量分别达到了0.11eV，0.13eV，0.17eV），分析认为体系内存在铁电相P(VDF-TrFE)，其本身的电光效应会导致材料的光学带隙受偏置电场调制，体系中的应力耦合机制（磁电耦合性能）及铁磁相YIG的塞曼效应对这一结果也有贡献。

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