中文摘要：

铁电/铁磁复合薄膜的研究是磁电效应实现器件微型化、集成化应用的重要课题。本项目以Ni-Mn-Ga铁磁形状记忆合金/压电材料复合薄膜为研究对象，利用Ni-Mn-Ga材料巨大的磁驱动性能、强的磁弹耦合以及马氏体相变性能，实现大的复合薄膜磁电耦合性能的实验和理论研究。采用脉冲激光沉积、磁控溅射等方法制备各种铁电/铁磁复合薄膜，探索制备性能优异复合磁电薄膜的物理方法。配合微观结构、电学、磁学等表征方法揭示铁电/铁磁复合薄膜的微观结构跟磁电耦合性能的物理关系，尤其注重Ni-Mn-Ga相变性能对磁电效应的影响；结合理论模型，深刻理解铁电/铁磁薄膜耦合的物理本质。项目将以实验研究为主，合成性能优异的磁电复合薄膜；以理论研究为次，为复合薄膜磁电效应提供物理依据，最终为复合薄膜磁电材料的设计及器件的开发打下坚实的学科基础。

结论摘要：

深入细致地探索铁电/铁磁复合薄膜及多铁性功能材料，研究其各种序参量之间的耦合及竞争机制，从中发现新的调控方法和规律，并由此发展新的多铁性体系，有重要的科学意义和应用前景。为此，我们开展了如下研究工作 1）新型铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜与铁电材料PMN-PT、BaTiO3等衬底材料复合材料的探索及性能表征利用脉冲激光沉积方法并结合理论探索复合多铁性新材料。实验上表明在铁电单晶衬底上，Ni-Mn-Ga薄膜具有较好的外延性。磁畴结构为明暗相间的孪晶结构，为180度畴。在外加电场的条件下，衬底应变导致的磁畴结构的变化。理论上也证实了，Ni-Mn-Ga/BaTiO3/Ni-Mn-Gay异质结中，自发极化出现在铁电BaTiO3层为5层以上，其极化强度跟块体的BaTiO3接近，为0.3 C/m2。在Ni和MnGa终端超结构中发现Ni终端结构式最稳定的，而且Ti/O位移都为同一个方向，即达到最大的自化极化强度。在电场的作用下（极化反转），我们发现界处Ni-Mn-Ga中的磁矩有0.08 emu的变化。即Ni-Mn-Ga/BaTiO3的界面磁电耦合效应。 2）多铁性LuFe2O4 和YMnO3外延薄膜制备和表征 使用脉冲激光沉积(PLD)方法，在（001）蓝宝石衬底上成功制备了c轴取向LuFe2O4薄膜，温度-电阻特性表征揭示，在237K出现了亚铁磁性转变和在340K呈现电荷有序转变。重要的是薄膜的介电常数在电场和磁场条件下能发生了显著的变化，当施加5 V电场时，介电可调性高达35%。该介电可调性在0.83 T的磁场下，如在垂直和平行于薄膜的法线方向，其值分别降低到20%和15%。同时，Al2O3(0001)衬底上制备的外延的YMnO3薄膜，原子力显微镜观察到类似vortex电畴的形貌图，高低起伏异常明显(~10nm)，且高低区域非常平整。铁电测量表明，低的区域方具有很好的铁电特性。