北科大今日Science:新型“相間應變”策略構建具備巨大極化強度的鐵電薄膜

【引言】

一般而言，控制應變能夠增強多功能材料諸如磁阻、超導電性、鐵電性以及反鐵磁性等方面的性能。而在這其中，應力鐵電體如四方鈣鈦礦氧化物由于具備較大的偶極矩而擁有較高的極化值和居里溫度。目前的理論已經證明，各向同性拉伸應變（負壓）可以有效增加此類化合物的四方性和極化值。然而，如何在外延膜上簡單構建高負壓環境是非常巨大的挑戰。

【成果簡介】

近期，北京科技大學的陳駿教授以及邢獻然教授（共同通訊作者）等人提出了新型“相間應變”的策略并以此在超四方性薄膜上實現了巨大極化。該研究發現利用晶格結構相似、晶格參數不同的兩種材料，在外延生長時晶界處的晶格參數是相互匹配的，從而可在材料間產生各向同性應變，即“相間應變”。利用這種“相間應變”策略，研究人員在PbTiO₃外延復合鐵電薄膜上引入高負壓從而實現了巨大的極化性能，其剩余極化強度可達到236.3微庫倫/cm²，是現有已知鐵電體的2倍。此外，這種薄膜的超四方性相在725℃的高溫下依然穩定，而對應塊體的相轉變溫度卻只有490℃。2018年8月3日，相關成果以題為“Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphase strain”在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 PbTiO₃外延復合薄膜的晶體結構表征

圖2 PbTiO₃外延復合薄膜的微結構表征

圖3 PbTiO₃/PbO界面的理論計算表征

圖4外延復合薄膜的性能表征

文獻鏈接：Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphase strain（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aan2433）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。

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