摘要
尖晶石铁氧体薄膜因其高电阻率、高化学稳定性、适中的饱和磁化强度（Ms）等优点受到广泛关注，目前常用的制备方法为溶胶-凝胶法，退火温度常在800℃左右。为实现在低可承受温度基板上的应用，同时顺应节约能源、降低能耗的发展趋势，调控铁氧体薄膜的退火温度势在必行。而电场作为当前常用的调控手段，可选择在薄膜制备结束后对其施加电场，具有操作难度小、易实现的优点。为探究电场对尖晶石铁氧体薄膜结构及磁性能、退火温度的影响，本研究中以具有高磁致伸缩率的钻铁氧体（CoFe204，CFO）与低损耗的镍铁氧体（NiFe2O4，NFO）为对象，通过溶胶-凝胶法分别制备CFO薄膜与NFO薄膜，采用平行板电容器结构对薄膜施加电场，探究其在电场作用下结构及磁性能的变化规律与机理，得到了以下主要结论： （1）在Si基板上制备CFO薄膜，最佳退火温度为700℃，Ms达到420emu/cm3。在镍酸镧（LaNiO3，LNO）底电极上制备700℃下得到的CFO薄膜，对其施加电场，其Ms对电场强度产生响应，且这种响应具有非易失性。随着电场强度增大，其M先增大后减小，直至降低至最小值。主要是由于电场作用下，CFO薄膜中出现了反尖晶石结构向混合尖品石结构的转变； (2)在LNO底电极上制各低于最佳退火温度下得到的CFO薄膜，对其施加电场，结果表明，500℃与600℃下得到的CFO薄膜在电场作用下，其Ms降低，这主要是由于在500℃与600℃下得到的CFO薄膜在电场作用下，薄膜中出现了Ms较低的a-Fe20相； （3）在Si基板上制备NFO薄膜，最佳退火温度为750℃，M达到248emu/cm3。而后在LNO底电极上制备700℃下得到的NFO薄膜，对其施加电场，Ms对电场强度产生非易失性响应，随着电场强度增大，Ms先减小后增大，直至达到饱和。主要原因为电场作用下，NFO薄膜内部出现反尖晶石结构向混合尖晶石结构的转变以及镍离子的变价； （4）在LNO底电极上制各低于最佳退火温度下得到的NFO薄膜，对NFO薄膜施加电场，发现在对500℃下得到的NFO薄膜施加100kV/cm的电场后，其Ms达到了264emu/cm3，已经超过了248emu/cm3，主要是由于电场引起的晶粒尺寸增大、镍离子变价及薄膜中出现反尖晶石结构向混合尖晶石结构转变。这表明通过施加电场的方式，可以将NFO薄膜的退火温度由750℃降低至500℃，同时不损失其磁性能； （5）对比CFO薄膜与NFO薄膜，其磁性能对电场的响应变化规律不同主要是由于以下两点：一是由于Co2+与Ni2+电子结构不同，其稳定性不同，在电场作用下只有Ni2+会出现变价；二是由于Co2+的磁矩比Fe3+的磁矩大，而Ni2+的磁矩比Fe3+的磁矩小。因此在发生反尖晶石结构到混合尖晶石结构的转变后，根据次晶格磁矩反平行排列，相互抵消后会出现CFO薄膜Ms减小，而NFO薄膜的Ms增大。
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