移动互联时代对可作为人机交互界面的便携式可穿戴设备提出新的要求。柔性器件借此得以迅速发展，在实时健康状况指示、身体状态监控、疾病诊断、微波通讯以及信息存储等领域得到了广泛的基础与应用研究。通过电场以低功耗的途径调控界面磁性对于实现可穿戴磁电存储设备、可穿戴微波天线和其他可穿戴磁电耦合器件具有重要的应用价值及国防战略意义。然而，基于压电应力以传统应力应变为媒介的磁电耦合调控过程以及基于传统固态电介质极化以电荷为媒介的磁电耦合已难以满足柔性器件挠曲、弯折等极端力学条件下稳定工作的要求。这对功能薄膜与柔性衬底的共形耦合、柔性调控介质的合成与转移、柔性器件原位调控的定量测试与观察提出了严峻的挑战。
近日，西安交通大学电信学院刘明教授课题组研究了以柔性云母基底的mica/Ta/(Pt/Co)x/Pt/ionic gel/Pt层合异质结。在其形变状态下，定量分析了极化柔性离子凝胶层在界面处电荷集聚和磁性材料形变过程带来的应力应变对于垂直磁矩翻转的作用。在弯曲状态下，直接通过给Pt/Ionic Gel/Pt/(Co/Pt)2/Ta柔性器件结构施加4V的门电压，在室温下实现了高达1098 Oe的各项异性场调控，对应着高达3.16×105J/m3的磁各向异性能密度调控，相比基于刚性基底的传统应力应变调控，磁电耦合系数有数量级的提升。通过铁磁共振表征和磁畴衍化的观察，确认了该调控过程中磁矩稳定且可逆的面内面外翻转行为。基于铁磁共振原理提出的柔性可调磁电耦合器件模型，对可穿戴微波器件的设计与研发具有重要意义。
该成果以“Low-Voltage Control of (Co/Pt)xPerpendicular Magnetic Anisotropy Heterostructure for Flexible Spintronics”为题，在材料科学领域国际知名期刊ACS Nano（IF=13.9）在线发表。该研究成果是由博士生赵士舜在刘明教授和周子尧教授共同指导下完成的，西安交通大学电信学院为该论文的唯一作者单位。博士生赵士舜2015年7月毕业于西安交通大学化工系，同年保研至本校电子系，目前已发表SCI论文13篇，其中以第一作者身份发表Advanced Materials（IF＝19.7）2篇、ACS Nano 1篇。
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点、面上项目及西安交大基本科研业务费的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b03097
刘明教授团队主页：http://mliu.xjtu.edu.cn/
