1. 研究目的与意义
背景：多铁材料是指材料中包含两种及两种以上基本铁序的性能，在一定的温度下存在磁电耦合效应。基于多铁材料发展起来的信息存储技术、传感器技术和能源收集技术等方面具有广泛的应用前景。近年来，多铁复合材料因其特殊的晶体结构和纳米微结构，实现了多种功能性质的增强调控。同时第一性原理理论计算预言了EuTiO3薄膜上可实现丰富的磁电耦合效应。本课题拟使用脉冲激光沉积法制备出EuTiO3:MgO高质量复合薄膜，系统研究此外延薄膜的晶体结构、纳米微结构和多铁性质等基本物理性质。 目的：本课题拟使用脉冲激光沉积法制备出EuTiO3:MgO高质量复合薄膜，系统研究此复合薄膜在不同温度和偏压条件下漏电机理。 意义：通过外部因素来调控反铁磁-铁电材料，使得其由反铁磁-顺电序转变为铁磁-铁电序，从而可以得到更多的铁磁-铁电材料，并且在这些材料中更深入地研究磁电耦合效应，最终实现多铁材料的器件化和产业化。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：本课题拟使用脉冲激光沉积法制备出EuTiO3:MgO高质量复合薄膜，测量此外延薄膜漏电随温度变化的规律，并通过理论数据模拟得其漏电机理。 预期目标：掌握磁性物理、X射线衍射技术、第一性原理计算的基本知识。能够熟悉掌握非自耗真空电弧炉、高温炉、玻璃真空封管等仪器的操作，熟练脉冲激光薄膜沉积工艺。熟练操作PPMS测试系统测试基本磁学和电学性质；掌握单晶X射线衍射仪选取高质量的单晶样品并对其作详尽的结构测试。熟悉Origin分析实验数据、粉末X射线衍射数据的Rietveld精修（Rietica软件）、单晶X射线衍射数据的晶体结构解析（ShelxTL软件）、利用CrystalMaker画晶体结构图等。培养综合运用专业及基础知识，解决实际问题的能力，培养探索新材料和物理机理的兴趣。
3. 研究的方法与步骤
1.按照EuTiO3和MgO两种氧化物高纯度粉末的化学计量比，利用管式炉烧结出不同组分的复合陶瓷靶材EuTiO3:MgO。2.对制备完成的复合靶材，利用粉末X射线衍射方法和Rietveld精修（Rietica软件）来确定其组成和结构，并利用CrystalMaker画出其晶体结构图。3.在高真空脉冲激光沉积系统中，利用分子束激光轰击复合靶材。改变和调控沉积条件，在(001)SrTiO3衬底上制备出高质量外延EuTiO3:MgO复合薄膜。4.利用薄膜X射线衍射方法来确定复合薄膜的物相种类、组成和晶体结构。5.利用PPMS测试复合薄膜样品的漏电。6.总结和分析复合薄膜EuTiO3:MgO中的漏电机理。
4. 参考文献
1.R. 霍夫曼. 固体与表面[M]，北京：化学工业出版社，19962.范雄. X射线金属学[M]，北京：机械工业出版社，19813.S. M. Sze. Physics of Semiconductor Devices[M]，New York：Wiley，19814.J. H. Lee, and X. Ke, et al. Optical band gap and magnetic properties of unstrained EuTiO3 films[J]. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 212509.5.R. Ramesh and N. A. Spaldin. Multiferroics: progress and prospects in thin films[J], Nature Materials, 2007, 6, 21.6.J. H. Lee, and D. Schlom et al. A strong ferroelectric ferromagnet created by means of spin-lattice coupling[J]. Nature 2010, 466, 954.7.C. J. Fennie and K. M. Rabe. Magnetic and Electric Phase Control in Epitaxial EuTiO3 from First Principles[J]. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 267602.8.K. Xu, X. Lu, and H. Xiang. Designing new ferroelectrics with a general strategy[J]. Quant. Mater. 2017, 2, 19.X. Z. Lu, J. M. Rondinelli. Epitaxial-strain-induced polar-to-nonpolar transitions in layered oxides. [J] Nat. Mater. 2016, 15, 951-955.10.S. Tinte, K. M. Rabe, D. Vanderbilt. Anomalous enhancement of tetragonality in PbTiO3 induced by negative pressure.[J] Phys. Rev. B 2013, 68, 144105.
5. 计划与进度安排
(1) 2022年2月20日-2月26日 指导教师与学生联系，学生根据要求收集资料(2) 2022年2月20日-3月5日 下达毕业任务书(3) 2022年3月1日-3月12日 学生完成开题报告(4) 2022年3月13日-5月21日 学生按照开题报告撰写毕业论文(5) 2022年4月17日-4月30日 进行中期检查(6) 2022年5月8日-5月14日 完成论文初稿(7) 2022年5月15日-5月28日 根据指导教师的论文修改意见，进行修改，定稿打印(8) 2022年5月29日-6月4日 指导教师写出评语，并完成毕业论文评阅(9) 2022年6月5日-6月11日 论文答辩
