柔性電子器件具有柔韌性、易攜帶、潛在的低成本制造等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療、信息、能源、國防等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。最理想的柔性電子設(shè)備，比如柔性可穿戴設(shè)備，要求其所有組成的器件具有柔韌性，包括柔性電源、柔性電路、柔性顯示、柔性傳感、柔性存儲(chǔ)等�？梢�，如何實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)功能材料的柔性化，認(rèn)識(shí)應(yīng)力/應(yīng)變環(huán)境下材料功能特性的演化規(guī)律，掌握在多重物理場下調(diào)控材料與器件功能的方法成為一個(gè)非常重要的問題。另一方面，磁性材料是電子器件的重要組成部分。在柔性襯底上制備磁性薄膜并研究其磁電特性，是發(fā)展柔性磁電子/自旋電子器件的重要基礎(chǔ)。中科院磁性材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所）磁電子材料與器件團(tuán)隊(duì)近幾年來一直圍繞著柔性磁電功能材料與器件開展研究工作，包括發(fā)展柔性磁電功能材料制備技術(shù)，研究在多重物理場作用下（柔性狀態(tài)下）磁電功能材料與器件的物性演化與調(diào)控規(guī)律。近兩年來在磁各向異性和磁矩取向調(diào)控方面取得了系列進(jìn)展。

　　磁各向異性是磁性材料的重要內(nèi)秉參量之一，不僅決定著磁性材料的磁矩取向和矯頑力，也會(huì)影響到磁性器件的工作頻率乃至功耗。研究如何調(diào)控磁各向異性及其調(diào)控機(jī)理一直是個(gè)磁性材料和磁性物理中的核心問題之一。該團(tuán)隊(duì)在柔性襯底上制備了磁致伸縮薄膜，研究了應(yīng)力/應(yīng)變對(duì)磁致伸縮薄膜（CoFeB、FeGa等）中磁各向異性和交換偏置效應(yīng)的調(diào)控規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，可以通過施加應(yīng)力調(diào)控磁致伸縮薄膜的磁各向異性，難軸和易軸在一定的應(yīng)力情況可以互換。對(duì)于具有正磁致伸縮系數(shù)的薄膜，易磁化軸傾向于沿張應(yīng)力方向，難磁化軸傾向于沿壓應(yīng)力方向。（圖1） [Appl. Phys. Lett. 100, 122407 (2012)；Appl. Phys. Lett.105, 103504 (2014)]。在柔性的FaGa/IrMn磁交換偏置雙層膜中，研究發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)的交換偏置場隨著外加應(yīng)力/應(yīng)變的增加而減小,而矯頑力卻隨著外加應(yīng)力/應(yīng)變的增加而增大 [Appl. Phys. Lett.102, 022412 (2013)]。該結(jié)果表明鐵磁層和反鐵磁層的磁矩方向?qū)ν饧討?yīng)力/應(yīng)變的響應(yīng)不一致，從而導(dǎo)致了反鐵磁層對(duì)鐵磁層的釘扎作用減弱，降低了交換偏置場的大小。上述研究結(jié)果不僅有助于人們認(rèn)識(shí)柔性磁性薄膜的磁各向異性，為發(fā)展柔性自旋閥和磁性隧道結(jié)等器件奠定基礎(chǔ)，更加重要的是為調(diào)控材料的磁各向異性提供了新思路。

　　磁各向異性通常隨著溫度的升高而降低，導(dǎo)致一些磁性器件的熱穩(wěn)定性不足，一些與磁各向異性密切相關(guān)的應(yīng)用受到了很大的局限。針對(duì)這一問題，在上述工作的基礎(chǔ)之上，該團(tuán)隊(duì)巧妙地利用PVDF自身各向異性熱膨脹的熱學(xué)特性以及逆磁致伸縮效應(yīng)，成功設(shè)計(jì)出一類具有正溫度系數(shù)磁各向異性的磁性復(fù)合薄膜材料。通過系統(tǒng)研究CoFeB/PVDF、FeGa/PVDF以及Ni/PVDF不同復(fù)合薄膜變溫磁滯回線與鐵磁共振譜，證實(shí)了PVDF基磁性復(fù)合薄膜的磁各向異性具有正溫度系數(shù)，即實(shí)現(xiàn)了隨著溫度升高，磁各向異性增強(qiáng)的效果(圖2)。該研究結(jié)果對(duì)提高磁性材料的熱穩(wěn)定性具有重要的意義[Sci. Rep. 4, 6615 (2014)]。與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還利用PVDF的鐵電性和各向異性熱膨脹特性，實(shí)現(xiàn)了多物理場對(duì)磁各向異性和磁化方向的有效調(diào)控。比如：在FeGa/PVDF異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，在295K時(shí)通過施加電場實(shí)現(xiàn)對(duì)FeGa磁各向異性的難易軸轉(zhuǎn)換(圖3)，并在很小的磁場（小于矯頑力）輔助下，通過溫度控制了磁矩的180o翻轉(zhuǎn)。可見，基于PVDF的柔性磁性復(fù)合薄膜材料具有溫度、電場、磁場等多場調(diào)控的自由度，在柔性自旋電子器件領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值[Sci. Rep. 4, 6925 (2014)]。

　　相關(guān)工作已經(jīng)相繼發(fā)表在Appl. Phys. Lett. 100, 122407 (2012)，Appl. Phys. Lett.102, 022412 (2013)，J. Appl. Phys. 113, 17A901 (2013)，J. Appl. Phys. 113, 17C705 (2013)，J. Appl. Phys. 114, 173913 (2013)，Chin. Phys. B. 22, 127502 (2013)（邀請(qǐng)綜述），Appl. Phys. Lett.105, 103504 (2014)，Sci. Rep. 4, 6615 (2014)，Sci. Rep. 4, 6925 (2014)。該研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金、973子課題、浙江省以及寧波市等項(xiàng)目的支持。 

外加應(yīng)力/應(yīng)變對(duì)CoFeB、FeGa薄膜磁各向異性的調(diào)控作用

PVDF基復(fù)合磁性薄膜中正溫度系數(shù)的磁各向異性

PVDF基復(fù)合磁性薄膜中多物理場對(duì)磁各向異性的調(diào)控