物理科学学院李山东教授课题组的论文“Driving ferromagnetic resonance of FeCoB/PZN-PT multiferroic heterostructures to Ku-band via two-step climbing: composition gradient sputtering and magnetoelectric coupling” 于2014年12月9日发表在Nature旗下的“Scientific Reports”上(Sci. Rep. 4: 07393, 2014,http://www.nature.com/srep/2014/141209/srep07393/full/srep07393.html)。该论文报道了利用磁电耦合效应和成分梯度溅射方法的两步叠加,在FeCoB软磁薄膜材料中获得了高达1498 Oe的巨大单轴磁各向异性,比常规磁场热处理方法得到的磁各向异性场高出10-100倍。从而使得铁磁共振频率从C波段(4-8GHz)越过X波段(8-12GHz),直接进入Ku波段(12-18GHz),高达12.96 GHz,这是目前文献报道的最高值。论文发表第三天,得到芬兰Aalto大学Lounasmaa实验室微波测量专家G.S. Paraoanu教授的高度评价,并附上其实验室的研究成果,表示今后一起交流研究成果。
微波软磁材料作为微波集成电路的关键材料,广泛应用于微波通讯、雷达天线、飞行器制导等领域。传统的微波铁氧体材料饱和磁化强度、磁导率和铁磁共振频率都较低,加之与集成电路工艺兼容性差,很难满足微波集成器件的要求。本论文利用纳米技术,克服了金属基磁性材料涡流损耗大的瓶颈,并巧妙地将磁电耦合效应和成分梯度溅射两种方法相结合,充分发挥了金属基软磁材料高饱和磁化强度的特性,在集成电路兼容工艺条件下制备了铁磁共振频率创纪录的了磁电复合材料。该材料及其制备方法为金属基软磁材料应用于微波集成电路,并实现器件的小型化和多功能化奠定了基础。
李山东课题组长期从事微波磁性材料和器件的研究,致力于推进金属基微波软磁材料取代铁氧体材料的更新换代工作。自主发明了成分梯度溅射方法这种IC工艺兼容的铁磁薄膜制备方法,并利用这种方法获得了准各向同性铁磁薄膜,克服了电感形状造成集成电路平面电感利用率低的困难;获得了电感量提升400%的集成化微磁电感。近年来,采用单一方法获得的软磁薄膜难以突破10 GHz,李山东课题组率先提出利用两种或多种提高磁各向异性的方法正叠加实现高磁各向异性,并取得了重大突破,将铁磁共振频率推进到Ku波段。
课题组负责人李山东教授曾入选教育部新世纪优秀人才,已获省杰出青年基金和省科学技术奖二等奖,围绕着微波材料领域已经完成国家基金、国家863军工项目、省重点项目等17项,在Sci. Rep.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Appl. Phys. Lett.等国际著名期刊发表论文40余篇,SCI他引400余篇次。