磁电（ME）系统能够用来开发磁电随机存取存储器和微传感器器件。一种具有潜力的系统是两相3-1-型多铁纳米复合材料，其中一维磁柱被嵌入到三维铁电基体中。然而，它仍然受到诸多限制，包括不需要的漏电流和需要用磁场偏置。
近日，英国剑桥大学Judith L. MacManus-Driscoll, Tuhin Maity, Rui Wu报道了一种Na0.5Bi0.5TiO3–NiO–NiFe2O4（NBT-NiO-NFO）三相垂直排列的铁电-反铁磁性-亚铁（FE-AFM-FM）纳米复合薄膜系统的室温自偏置ME转换。
文章要点
1）研究人员在NBT形成的薄膜基质中嵌入了垂直的NiO涂层NFO纳米柱。该系统是通过一步生长过程，没有复杂的多层制造。转换过程包括将磁各向异性从垂直向面内（IP）方向改变，从而在室温下产生高达1.38×10-9 s m-1的自偏置ME系数。当施加-30 V时，该体系的各向异性能Keff值从0.91×104J m-3(易轴)变为-1.65×104 J m-3(易平面)。
2）明显的自偏置ME效应有三个因素造成。首先，与典型的由NBT和NFO组成的两相系统相比，NiO相的存在降低了漏电流。这是因为当存在NiO时，它会覆盖NFO，确保在NiO和Nb：STO衬底之间形成NBT过渡层，从而在NBT-Nb：STO界面处形成电流阻挡的p-n结。在没有NiO的情况下，NFO接触Nb：STO，这不会形成电流阻挡结。其次，NFO的软磁特性导致了自偏置ME效应，而NiO-NFO AFM-FM柱中的室温EB效应进一步增强了这种效应。最后，中间AFM NiO壳层具有较高的磁弹性系数，并通过与FE NBT的耦合增加了NFO中的磁各向异性变化，从而进一步增强了反向ME效应。
3）密度泛函理论（DFT）计算证实了应变变化引起的NiO的磁弹性效应，这与EB效应的电压演变规律一致。
这种三相复合薄膜系统可用于开发室温ME存储器和微传感器器件。
参考文献
Wu, R., Zhang, D., Maity, T. et al. Self-biased magnetoelectric switching at room temperature in three-phase Ferroelectric–antiferromagnetic
ferrimagnetic nanocomposites. Nat Electron 4, 333–341 (2021).
DOI: 10.1038/s41928-021-00584-y
https://doi.org/10.1038/s41928-021-00584-y
