探索复杂应变对柔性磁性薄膜的调控机制
早安科技
探索复杂应变对柔性磁性薄膜的调控机制
柔性磁传感器融合了柔性电子器件的可变形特性与磁传感器非接触式、矢量探测的优势。然而，制备与使用过程中产生的多种应变会影响其性能稳定性。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究团队此前通过多种手段，如衬底弯曲、机械拉伸和各向异性热膨胀，成功实现了对柔性磁性薄膜中均匀应变的定量调控。该团队揭示了应变对柔性铁磁薄膜及交换偏置异质结中磁各向异性的调控机制，并开发出多场耦合生长和界面调制等方法，从而提升了柔性磁性薄膜的应变稳定性。在最新研究中，团队进一步拓展了研究范围，深入探索了复杂应变对磁性薄膜的影响机制。
研究团队以具备磁斯格明子结构的Pt/Co/Ta多层膜为研究对象，选用预拉伸处理的弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底，结合磁控溅射技术，利用薄膜与衬底之间模量差异，于预应变释放后构建出具有微褶皱结构的Pt/Co/Ta薄膜，并引入非均匀应变分布。磁力显微镜（MFM）观测结果显示，不同外加磁场条件下，斯格明子的密度与尺寸呈现空间分布的非均匀性。在褶皱波峰两侧，斯格明子表现出明显不对称分布：在负应变梯度区域，斯格明子更易稳定存在，密度较高且尺寸较大；而在正应变梯度区域，则呈现相反趋势。借助面内应变梯度，斯格明子密度可在1μm-2至13μm-2之间连续调控，尺寸变化范围达到85nm至133nm，该调控效果明显优于均匀应变的作用。
微磁学模拟进一步表明，该现象主要源于应变梯度破坏了局部反演对称性，从而有效调控了界面相互作用。这一调控机制具备良好的可逆性与循环稳定性，即便在经历多次拉伸-释放循环后，仍能保持性能稳定，同时具备扩展应用的潜力，可迁移至其他铁磁多层膜体系。
该研究成果为深入理解复杂应变对磁敏材料性能的调控机制提供了重要理论支持，也为开发具备高应变稳定性的柔性磁传感器提供了新的设计思路。
相关论文发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上，研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。
褶皱Pt/Co/Ta多层膜的制备、形貌、磁性表征与应变分布
磁斯格明子密度、尺寸的不对称分布与可逆性调控
查看全文
评论0条评论