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Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3) 单相多铁性及室温磁电耦合效应的研究进展

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中国陶瓷 2024年第3期60卷 1-11页

作者：张军马建春薛武红吕梁学院化学与化工系吕梁033001 山西师范大学磁性分子与磁信息材料教育部重点实验室太原030006

在单相多铁材料中,利用电场代替磁场来可逆控制磁性这一手段是实现下一代高密度、低功耗磁电多功能器件的理想方法。然而,目前所发现的单相多铁材料大多数都表现出了弱的室温铁电性、铁磁性或者低于室温的磁电工作温度,这严重限制了其... 详细信息

在单相多铁材料中,利用电场代替磁场来可逆控制磁性这一手段是实现下一代高密度、低功耗磁电多功能器件的理想方法。然而,目前所发现的单相多铁材料大多数都表现出了弱的室温铁电性、铁磁性或者低于室温的磁电工作温度,这严重限制了其在实际生产中的应用。近年来的研究发现,具有强磁电(ME)耦合的第Ⅱ类室温单相多铁Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3),其剩余铁电极化强度(Pr)和饱和磁化强度(Ms)在最优的条件下分别可以达到25μC/cm^(2)和1.2μB/f.u.,因而是一种极有可能同时解决上述问题的新型替代材料。首先介绍了单相多铁材料的研究现状以及潜在的应用;然后总结了Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3)材料单相多铁性和ME耦合效应的研究历程;最后,围绕Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3)未来面临的关键科学问题和挑战进行了详细讨论。

关键词：单相多铁性 Ga_(2-x)Fe_(x)O_(3) 铁电性铁磁性磁电耦合

层状V_(2)O_(5)薄膜中本征漂移和Mott纳米通道用于突触和痛觉感受器模拟

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Science China Materials 2023年第2期66卷 764-771页

作者：薛武红高彩虹张峥韩婷婷侯楠尹文慧石磊王晓铃刘钢许小红 Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education School of Chemistry and Materials ScienceShanxi Normal UniversityTaiyuan 030031China School of Electronic Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China

生物神经系统中痛觉感受器、神经元和突触的整合与协作,使人类能够有效感知和处理有害信息,从而规避危险.受生物神经系统的启发,目前人工神经电子器件包括电解液基晶体管、依赖外来离子的忆阻器和卤化物钙钛矿忆阻器.这些器件在一定程... 详细信息

生物神经系统中痛觉感受器、神经元和突触的整合与协作,使人类能够有效感知和处理有害信息,从而规避危险.受生物神经系统的启发,目前人工神经电子器件包括电解液基晶体管、依赖外来离子的忆阻器和卤化物钙钛矿忆阻器.这些器件在一定程度上存在重复性、可控性、稳定性差和集成困难等问题.本文引入了一种CMOS兼容、简单、稳定的Pt/V_(2)O_(5)/Pt三明治结构器件,并通过在层状V_(2)O_(5)介质层中构建和调控缺氧V_(2)O_(5-x)和Mott VO2纳米通道分别模拟了类脑处理和神经痛觉感知功能.此外,在基于V_(2)O_(5-x)纳米通道突触器件卷积神经网络中,手写数字识别准确率在5个训练后高达80%,52个训练后达到89%.利用Mott VO2纳米通道器件的优异阈值转变完美地模拟了痛觉感受器的所有关键特征.特别是,器件展现了0.4 V的超低阈值电压和亚毫秒级孵化时间.这些结果表明,在Pt/V_(2)O_(5)/Pt单一器件中构建的漂移型和Mott纳米通道能够很好地模拟突触和伤害感受器功能.该工作为开发多功能、超灵敏和高集成人工智能系统提供了新思路.

关键词：阈值电压生物神经系统人工智能系统卷积神经网络纳米通道高集成忆阻器感知功能

2Hα-In_(2)Se_(3)铁电体中极序工程控制的光电流和多态存储器

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Science China Materials 2022年第6期65卷 1639-1645页

作者：吕宝华薛武红严志杨瑞龙吴昊王鹏张钰樱候佳妮朱文光许小红无 Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education School of Chemistry and Materials ScienceShanxi Normal UniversityLinfen 041004China Department of Applied Chemistry Yuncheng UniversityYuncheng 044000China International Center for Quantum Design of Functional Materials(ICQD) Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the MicroscaleUniversity of Science and Technology of China Department of Physics University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China

控制铁电材料的极序可以丰富其特性和功能的多样性,为设计新型电子和光电子器件提供新的机会.本文报道了一种基于二维(2D)范德瓦尔斯(vdW)层状铁电材料2Hα-In_(2)Se_(3)的面内多态存储器件.通过施加面内电场调控铁电α-In_(2)Se_(3)层... 详细信息

控制铁电材料的极序可以丰富其特性和功能的多样性,为设计新型电子和光电子器件提供新的机会.本文报道了一种基于二维(2D)范德瓦尔斯(vdW)层状铁电材料2Hα-In_(2)Se_(3)的面内多态存储器件.通过施加面内电场调控铁电α-In_(2)Se_(3)层的极序,实现了可以相互切换的三种电阻态,其具有快的切换速度、良好的耐久性和保持性.值得注意的是,中间阻态(MRS)和低阻态(LRS)之间可以通过比其他基于2D铁电材料的存储器小1–2个数量级的超低电场来实现可逆切换.此外,还发现这三种不同的极序态表现出了特有的光响应.以上结果表明,α-In_(2)Se_(3)在非易失性高密度存储器和新型光电器件中具有很大的应用潜力.

关键词： van der Waals ferroelectric semiconductors 2H-stackedα-In_(2)Se_(3) polar order arrangement photocurrent multi-state memory

氧化锌和氧化钒薄膜基的电致阻变性能及机理研究

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氧化锌和氧化钒薄膜基的电致阻变性能及机理研究

作者：薛武红山西师范大学

学位级别：硕士

在一个三明治结构金属电极/绝缘层或半导体层/金属电极（MIM）中，电极两端外加电场，器件的电阻会发生可逆变化，包括非易失性的阻变（每个电阻状态在撤掉电压后能够保持）和易失性的阻变（低阻态在小电压下或撤掉电压后又回到高阻态... 详细信息

在一个三明治结构金属电极/绝缘层或半导体层/金属电极（MIM）中，电极两端外加电场，器件的电阻会发生可逆变化，包括非易失性的阻变（每个电阻状态在撤掉电压后能够保持）和易失性的阻变（低阻态在小电压下或撤掉电压后又回到高阻态，其电阻态无法保持），非易失性的阻变特性能够被用作非挥发性存储，即阻变式随机存储器（RRAM）。RRAM器件因其结构简单，非破坏性读取，读写速度快，高保持性，低功耗，有望成为下一代非挥发性存储器。易失性的阻变特性可用于选择性器件防串扰或电开关，也很可能用于避雷系统，非常遗憾的是目前对这两种阻变行为的机制还存在很大的争议，所以研究其阻变机制是非常有意义的，本文主要进行了如下两方面的研究。（一）金属电极的内禀属性及界面对ZnO薄膜阻变性能的影响电极作为阻变器件结构不可或缺的一部分，其内禀属性（电负性，离子半径）以及与阻变层之间的界面状态对该器件的阻变性能有很大的影响，本部分工作通过使用典型电极（Pt, Au, Ni, Cu, Ag），变换器件结构，研究了电极材料和微结构如何影响阻变器件M/ZnO/M的阻变特性，包括高低阻状态的电阻（LRS， HRS），Set电压，reset电压（Vset，Vreset）和forming电压（Vforming）。该内容对理解阻变机制以及优化器件电极类型有一定的指导意义。（二）金属电极的内禀属性及钒价态变化对V2O5薄膜基性能的影响首次发现V2O5具有易失性的电致阻变行为，而且电极的内禀属性对其阻变行为有很大的影响。根据金属电极内禀属性的不同，可把电极分为惰性电极和活性电极。研究发现当使用惰性电极时，V2O5薄膜为易失性的阻变行为，这主要与V2O5的相转变相关，此时能够反映功能层在电场作用下的本征物理特性;当使用活性电极时，V2O5薄膜表现为非易失性的阻变行为，这是由于电极扩散，在薄膜内形成金属特性的导电通道，掩盖了V2O5本征的物理特性，表现为非易失性的阻变行为。此外，由于V具有多个价态，不同的价态必然伴随着不同的物理特性，而且不同的价态之间能量差异较小，所以在外电场作用下，薄膜内很容易发生氧化还原而使V变价，不同价态伴随着不同的电阻状态及不同的颜色，基于此，首次在V2O5薄膜基的全固态透明器件上实现了阻变和颜色的同时变化。

关键词：电致阻变电极 ZnO V2O5

层状VO薄膜中本征漂移和Mott纳米通道用于突触和痛觉感受器模拟(英文)

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Science China Materials 2022年

作者：薛武红高彩虹张峥韩婷婷侯楠尹文慧石磊王晓铃刘钢许小红 School of Electronic Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong University Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education School of Chemistry and Materials Science Shanxi Normal University

生物神经系统中痛觉感受器、神经元和突触的整合与协作,使人类能够有效感知和处理有害信息,从而规避危险.受生物神经系统的启发,目前人工神经电子器件包括电解液基晶体管、依赖外来离子的忆阻器和卤化物钙钛矿忆阻器.这些器件在一定程...

生物神经系统中痛觉感受器、神经元和突触的整合与协作,使人类能够有效感知和处理有害信息,从而规避危险.受生物神经系统的启发,目前人工神经电子器件包括电解液基晶体管、依赖外来离子的忆阻器和卤化物钙钛矿忆阻器.这些器件在一定程度上存在重复性、可控性、稳定性差和集成困难等问题.本文引入了一种CMOS兼容、简单、稳定的Pt/VO/Pt三明治结构器件,并通过在层状VO介质层中构建和调控缺氧VO-x和Mott VO纳米通道分别模拟了类脑处理和神经痛觉感知功能.此外,在基于VO-x纳米通道突触器件卷积神经网络中,手写数字识别准确率在5个训练后高达80%, 52个训练后达到89%.利用Mott VO纳米通道器件的优异阈值转变完美地模拟了痛觉感受器的所有关键特征.特别是,器件展现了0.4 V的超低阈值电压和亚毫秒级孵化时间.这些结果表明,在Pt/VO/Pt单一器件中构建的漂移型和Mott纳米通道能够很好地模拟突触和伤害感受器功能.该工作为开发多功能、超灵敏和高集成人工智能系统提供了新思路.

关键词：

2Hα-In;Se;铁电体中极序工程控制的光电流和多态存储器（英文）

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Science China Materials 2022年

作者：吕宝华薛武红严志杨瑞龙吴昊王鹏张钰樱候佳妮朱文光许小红 Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education School of Chemistry and Materials Science Shanxi Normal University Department of Applied Chemistry Yuncheng University International Center for Quantum Design of Functional Materials (ICQD) Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale University of Science and Technology of China

控制铁电材料的极序可以丰富其特性和功能的多样性,为设计新型电子和光电子器件提供新的机会.本文报道了一种基于二维（2D）范德瓦尔斯（vdW）层状铁电材料2Hα-In;Se;的面内多态存储器件.通过施加面内电场调控铁电α-In;Se;层的极序,...

控制铁电材料的极序可以丰富其特性和功能的多样性,为设计新型电子和光电子器件提供新的机会.本文报道了一种基于二维（2D）范德瓦尔斯（vdW）层状铁电材料2Hα-In;Se;的面内多态存储器件.通过施加面内电场调控铁电α-In;Se;层的极序,实现了可以相互切换的三种电阻态,其具有快的切换速度、良好的耐久性和保持性.值得注意的是,中间阻态（MRS）和低阻态（LRS）之间可以通过比其他基于2D铁电材料的存储器小1–2个数量级的超低电场来实现可逆切换.此外,还发现这三种不同的极序态表现出了特有的光响应.以上结果表明,α-In;Se;在非易失性高密度存储器和新型光电器件中具有很大的应用潜力.

关键词：

应力诱导外延SmFeO3薄膜强烈的磁各向异性以及室温磁电耦合效应

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Science China Materials 2020年第10期63卷 2062-2070页

作者：张军薛武红苏天聪姬慧慧严志周国伟全志勇许小红 School of Chemistry and Materials Science of Shanxi Normal University&Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education Linfen 041004China Department of Chemistry&Chemical Engineering Lvliang UniversityLvliang 033001China Research Institute of Materials Science of Shanxi Normal University&Collaborative Innovation Center for Shanxi Advanced Permanent Magnetic Materials and Techonology Linfen 041004China

稀土正铁氧体SmFeO3由于在低能耗自旋电子学器件领域的潜在应用,被认为是一种杰出的单相多铁材料.然而,至今尚未证明该体系在室温下兼具磁性、铁电性以及磁电耦合效应.本文使用脉冲激光沉积法在可以提供拉应力的Nb-SrTiO3基片上成功外... 详细信息

稀土正铁氧体SmFeO3由于在低能耗自旋电子学器件领域的潜在应用,被认为是一种杰出的单相多铁材料.然而,至今尚未证明该体系在室温下兼具磁性、铁电性以及磁电耦合效应.本文使用脉冲激光沉积法在可以提供拉应力的Nb-SrTiO3基片上成功外延了倾斜反铁磁SmFeO3单层薄膜.测量结果显示薄膜具有明显的室温铁磁和铁电序.同时,随着厚度的增加,薄膜的磁各向异性逐渐从面外转移到面内方向,这是由应力释放效应导致的O 2p-Fe 3d杂化强度和Fe-3d轨道占据变化同时引起的.另外,电压驱动可逆磁畴反转进一步证明SmFeO3薄膜具有明显的室温磁电耦合效应.本工作对设计新一代电写磁读数据存储器件具有一定的推动作用.

关键词：磁电耦合效应多铁材料磁各向异性 SmFeO3 正铁氧体存储器件脉冲激光沉积法电压驱动

Fe-Si-B-P-C薄带和块体非晶态合金磁性能的比较研究

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材料导报 2015年第18期29卷 32-35,39页

作者：张继君李强常春涛别路洋董亚强薛武红新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046 中国科学院宁波工业技术研究院磁性材料与机电装备事业部宁波315201

对Fe76P5(B0.5Si0.3C0.2)19非晶薄带和块体非晶态合金试样的磁性进行了对比研究。通过磁力显微镜对试样的磁畴结构进行了观察,结果显示非晶薄带和块体非晶态合金具有完全不同的磁畴结构。非晶薄带自由面的磁畴结构为带状,磁畴宽度较大,... 详细信息

对Fe76P5(B0.5Si0.3C0.2)19非晶薄带和块体非晶态合金试样的磁性进行了对比研究。通过磁力显微镜对试样的磁畴结构进行了观察,结果显示非晶薄带和块体非晶态合金具有完全不同的磁畴结构。非晶薄带自由面的磁畴结构为带状,磁畴宽度较大,约为5μm;而块体非晶态合金的纵剖面磁畴结构密集,呈枝状分布,磁畴宽度较小。而磁畴结构上的差异解释了非晶薄带和块体非晶态合金在矫顽力及居里温度上的差别。

关键词：铁基非晶态合金磁畴结构制备冷速

Improved photovoltaic effects in Mn-doped BiFeO3 ferroelectric thin films through band gap engineering

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Chinese Physics B 2017年第6期26卷 401-405页

作者：阎堂柳陈斌刘钢牛瑞鹏尚杰高双薛武红金晶杨九如李润伟 School of Materials Science and Engineering Shanghai University Key Laboratory of Magnetic Materials and Devices Ningbo Institute of Materials Technology and EngineeringChinese Academy of Sciences Zhejiang Provincial Key Laboratory of Magnetic Materials and Application Technology Ningbo Institute of Materials Technology and EngineeringChinese Academy of Sciences Electrical Engineering College Heilongjiang University

As a low-bandgap ferroelectric material, BiFeO3 has gained wide attention for the potential photovoltaic applications,since its photovoltaic effect in visible light range was reported in 2009. In the present work, Bi（Fe, Mn）O3thin films are fabricated by pulsed laser deposition method, and the effects of Mn doping on the microstructure, optical, leakage,ferroelectric and photovoltaic characteristics of Bi（Fe, Mn）O3 thin films are systematically investigated. The x-ray diffraction data indicate that Bi（Fe, Mn）O3 thin films each have a rhombohedrally distorted perovskite structure. From the light absorption results, it follows that the band gap of Bi（Fe, Mn）O3 thin films can be tuned by doping different amounts of Mn content. More importantly, photovoltaic measurement demonstrates that the short-circuit photocurrent density and the open-circuit voltage can both be remarkably improved through doping an appropriate amount of Mn content, leading to the fascinating fact that the maximum power output of ITO/BiFe（0.7）Mn（0.3）O3/Nb-STO capacitor is about 175 times higher than that of ITO/BiFeO3/Nb-STO capacitor. The improvement of photovoltaic response in Bi（Fe, Mn）O3 thin film can be reasonably explained as being due to absorbing more visible light through bandgap engineering and maintaining the ferroelectric property at the same time.

关键词： band gap engineering BiFeO3 Mn doping ferroelectric photovoltaic effect