具有嵌套斯格明子的BiFeO3薄膜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及嵌套斯格明子材料，尤其涉及具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近年来纳米铁电薄膜中的极化拓扑畴结构由于其特殊的极化结构和优异的物理性能，一直是凝聚态物理和高密度非易失性存储器领域的研究热点之一。其中，bifeo3是一种有前景的多铁性材料，作为目前唯一同时具有铁电性和（反）铁磁性的室温单相多铁且对环境友好的材料，调控其潜在的拓扑畴结构便一直是领域内重要的科学和技术问题。

2、斯格明子是本征地嵌入在铁电材料中的拓扑畴图案，有利于实现高密度的信息存储，其具有丰富的物理学特性以及广阔的器件应用前景，为研究新型的纳米尺寸拓扑结构及其极性性质提供了全新的平台。

3、然而，由于控制复杂的边界条件存在巨大挑战，bifeo3材料在嵌套斯格明子方面的研究仍然进展缓慢，目前仍然无法通过简单的方法有效制备得到具有嵌套斯格明子的bifeo3材料。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜及其制备方法与应用，旨在解决现有无法通过简单的方法有效制备得到具有嵌套斯格明子的bifeo3材料的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其中，包括步骤：

4、提供[001]取向的(laalo3)0.29(srta1/2al1/2o3)0.71衬底；

5、以bi1.03feo3为靶材，采用脉冲激光沉积法在所述[001]取向的(laalo3)0.29(srta1/2al1/2o3)0.71衬底上进行沉积，以预设降温速率降温后，得到具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜；

6、所述脉冲激光沉积法采用的工艺参数为：

7、温度为750~820℃，氧压为70~90mtorr，激光能量为300~370mj，沉积速率为8~10hz，沉积时间为5~32min。

8、可选地，所述具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为3~17nm。

9、可选地，以嵌套斯格明子的面外极化方向的角度变化进行分类，所述嵌套斯格明子的类型为π嵌套斯格明子、2π嵌套斯格明子或3π嵌套斯格明子。

10、可选地，所述具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜内含有纳米岛结构，所述纳米岛结构由多个纳米岛构成，含有多个纳米岛的bifeo3薄膜的铁电极化分布呈现极性嵌套斯格明子的分布组态；

11、以所述具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的平面方向为横向方向，以所述具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度方向为纵向方向，横向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为100~400nm，纵向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为2~3nm。

12、可选地，当所述沉积时间为6~9min时，得到的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为3~4.5nm，横向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为100~200nm，所述嵌套斯格明子的类型为π嵌套斯格明子。

13、可选地，当所述沉积时间为10~15min时，得到的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为6~7nm，横向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为350nm，所述嵌套斯格明子的类型为2π嵌套斯格明子。

14、可选地，当所述沉积时间为25~32min时，得到的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为14~17nm，横向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为400nm，所述嵌套斯格明子的类型为3π嵌套斯格明子。

15、可选地，所述预设降温速率为5~10℃/min。

16、本发明的第二方面，提供一种具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜，其中，采用本发明如上所述的制备方法制备得到。

17、本发明的第三方面，提供一种本发明如上所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜在铁电存储器中的应用。

18、有益效果：本发明采用脉冲激光沉积方法，以特定的[001]取向的(laalo3)0.29(srta1/2al1/2o3)0.71为衬底，采用特定的工艺参数，且采用快速沉积（沉积速率为8~10hz）的策略，制备得到bifeo3薄膜，且该bifeo3薄膜的铁电极化分布呈现极性嵌套斯格明子的分布组态，也即制备得到了具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜。本发明提供的方法简单、可控、可实现具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的工业化生产，制备得到的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜在铁电存储器、自旋电子器件中具有广阔的应用前景。

1.一种具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，所述具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为3~17nm。

3.根据权利要求1所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，以嵌套斯格明子的面外极化方向的角度变化进行分类，所述嵌套斯格明子的类型为π嵌套斯格明子、2π嵌套斯格明子或3π嵌套斯格明子。

4.根据权利要求1所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，所述具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜内含有纳米岛结构，所述纳米岛结构由多个纳米岛构成，含有多个纳米岛的bifeo3薄膜的铁电极化分布呈现极性嵌套斯格明子的分布组态；

5.根据权利要求4所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，当所述沉积时间为6~9min时，得到的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为3~4.5nm，横向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为100~200nm，所述嵌套斯格明子的类型为π嵌套斯格明子。

6.根据权利要求4所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，当所述沉积时间为10~15min时，得到的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为6~7nm，横向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为350nm，所述嵌套斯格明子的类型为2π嵌套斯格明子。

7.根据权利要求4所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，当所述沉积时间为25~32min时，得到的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的厚度为14~17nm，横向方向上所述多个纳米岛的平均粒径为400nm，所述嵌套斯格明子的类型为3π嵌套斯格明子。

8.根据权利要求1所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法，其特征在于，所述预设降温速率为5~10℃/min。

9.一种具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜的制备方法制备得到。

10.一种如权利要求9所述的具有嵌套斯格明子的bifeo3薄膜在铁电存储器中的应用。