氧空位调控EuTiO3外延薄膜磁性质研究开题报告

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，薄膜中氧空位与其物理性质之间有密切的关系。这是因为铁电薄膜理论上是完美化学计量比的，但是在实际薄膜沉积过程中往往会引入氧离子缺失，从而形成氧空位。所以研究多铁薄膜中氧空位效应是非常重要的研究课题之一，并且通过氧空位调控机理有助于我们了解多铁薄膜质量及性能、薄膜物理性质的改良、界面特性等方面的信息。本课题拟使用后退火处理EuTiO₃外延薄膜，系统研究此外延薄膜中氧空位对磁性质的调控机理。

目的：本课题拟使用脉冲激光沉积法制备出EuTiO₃系统研究此外延薄膜中氧空位和磁性质之间的作用机理。

意义：通过外部因素来调控氧空位的浓度,调控材料的磁性质，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：使用脉冲激光沉积法制备出外延薄膜EuTiO₃并系统研究此外延薄膜中不同浓度的氧空位对其磁性的影响。

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eu₂o₃和tio₂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。

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。

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，1996
2. 范雄. X射线金属学[M]，北京：机械工业出版社，1981
3. S. M. Sze. Physics of Semiconductor Devices[M]. New York：Wiley, 1981
4. J. H. Lee, and X. Ke, et al. Optical band gap and magnetic properties of unstrained EuTiO₃films[J]. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 212509.
5. R. Ramesh and N. A. Spaldin. Multiferroics: progress and prospects in thin films[J]. Nat. Mater. 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. X, X. L, and H. X. Designing new ferroelectrics with a general strategy[J]. Quant. Mater. 2017, 2, 1.

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