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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1044| Ferromagnetismo y ferroelectricidad en heteroestructuras multiferroicas de BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si(100) Ferromagnetism and ferroelectricity in BiFeO3/ La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si multiferroic heterostructures | |
| MAYRA CECILIA RAMIREZ CAMACHO | |
| OSCAR RAYMOND HERRERA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial | |
| Multiferroicos, películas delgadas, BFO/LSMO | |
| Las heteroestructuras multiferroicas compuestas de materiales ferroicos, al acoplarse eléctrica, magnética, y/o estructuralmente, dan como resultado efectos de ferroelectricidad y ferromagnetismo simultáneo. El gran potencial tecnológico, junto con la abundancia de fenómenos físicos en las interfaces, han provocado una intensa investigación en heteroestructuras multiferroicas. Estas heteroestructuras pueden ser explotadas para mejorar significativamente el rendimiento y/o añadir nuevas funcionalidades a muchos dispositivos existentes o emergentes, tales como dispositivos de memorias de múltiples estados, dispositivos sintonizables de microondas, sensores y transductores magnetoeléctricos, etc.
Este trabajo reporta un nuevo estado ferromagnético (FM) que coexiste con el ordenamiento ferroeléctrico a temperatura ambiente en películas de BiFeO3 (BFO) crecidas sobre sustratos de La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si(100) (LSMO/SOS), por medio de la técnica de erosión iónica. Se estudiaron las propiedades de los sistemas de películas de BFO con diferentes espesores (tBFO = 15, 50, 70, 120 y 140 nm) sobre películas de LSMO con un espesor fijo de 40 nm. Se crecieron bicapas de BFO/LSMO altamente texturadas con orientación [012] en la dirección perpendicular al plano, ambas con estructuras romboédricas. Las películas de LSMO fueron crecidas nanoestructuradamente, conformadas por nanoregiones de monodominios FM inducidas por la superficie del SiO2, con TC ~ 200 K y altos campos coercitivos (Hc) (~ 1100 Oe a 2.5 K). Las películas del BFO crecieron nanoestructuradas epitaxialmente sobre el LSMO, exhibiendo nanoregiones esféricas de ~ 4 nm de diámetro. Las películas más gruesas de BFO (tBFO > 70 nm) presentan un comportamiento típico antiferromagnético. Las más delgadas (tBFO < 50 nm) despliegan un comportamiento FM con TC > 400 K, HC ~ 1600 Oe para 15 nm de espesor y ~1830 Oe para 50 nm. Proponemos que tal comportamiento FM se origina por el establecimiento de una configuración electrónica de espín inusual en la subred Fe3+-O-Fe3+ de la estructura del BFO, inducida por una fuerte hibridación en la interfaz como consecuencia de un acoplamiento de interacciones de superintercambio con la subred Mn3+-O-Mn3+/Mn4+ FM del LSMO. Todas las películas de BFO presentan propiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas excelentes (con campos coercitivos del orden de ~ 740 kV/cm y 200 kV/cm, y valores de d33 = 23 pm/V y 55pm/V para 50 nm y 140 nm, respectivamente), exhibiendo estructuras de paredes Multiferroic heterostructures are made of materials that have coupled electric, magnetic, and structural order parameters that result in simultaneous ferroelectricity and ferromagnetism. The exciting technological potential, along with the wealth of physical phenomena at the interface, has sparked intensive research on multiferroic heterostructures. It can be exploited to significantly improve the performance of or/and add new functionalities to many existing or emerging devices such as multistate memory devices, tunable microwave devices, sensors and magnetoelectric transducers, etc. We report a novel ferromagnetic (FM) state coexisting with ferroelectric ordering at room temperature (RT) in strained BiFeO3 (BFO) thin films grown on La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si(100) (LSMO/SOS) substrates, using a sputtering technique. The properties of BFO films with different thicknesses (tBFO = 15, 50, 70, 120, and 140 nm) on 40 nm LSMO layers were explored. [012] out-of-plane highly textured BFO/LSMO stacks grew with rhombohedral structures. LSMO layers grew nanostructured, constituted by FM single-domain nanoregions induced by the constrain of the SiO2 surface, with TC ~ 200 K and high coercive field (HC) of ~ 1100 Oe at 2.5 K. BFO films grew epitaxially nanostructured on LSMO, exhibiting ~ 4 nm spherical nanoregions. The thicker BFO layers (tBFO > 70 nm) show typical antiferromagnetic behavior. The thinner ones (tBFO < 50 nm) display FM behavior with TC > 400 K, HC ~ 1600 Oe for 15 nm and ~ 1830 Oe for 50 nm. We propose that such FM behavior is originated by the establishment of an unusual electronic-spin configuration in the Fe3+-O-Fe3+ sublattice of the BFO structure, induced by strong hybridization at the interface as consequence of superexchange coupling interactions with the ferromagnetic Mn3+-O-Mn3+/Mn4+ sublattice of LSMO. All BFO layers show excellent ferroelectric and piezoelectric properties (coercive field ~ 740 kV/cm, and d33 = 23 pm/V for 50 nm; ~ 200 kV/cm and 55 pm/V for 140 nm), exhibiting 180˚ and 109˚ DWs structures depending on the thickness. Such multiferroic properties envisage the potential realization of new magneto-electronic devices integrated with Si technology. | |
| 2017 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Ramirez Camacho M.C. 2017. Ferromagnetismo y ferroelectricidad en heteroestructuras multiferroicas de BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3/SiO2/Si(100). Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 107 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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