Nature最新合成技術：比紙還薄的鈣鈦礦薄膜

木文韜 4年前 (2019-06-06) 7923瀏覽

【引言】

最近，二維（2D）材料由于其優異的電子特性和潛在的電子應用前景而引起了極大的興趣。在傳統的2D材料中，例如石墨烯和過渡金屬二硫化物，這些性質很大程度上受到s軌道和p軌道的弱相互作用電子的控制。而過渡金屬氧化物鈣鈦礦中d軌道的強相互作用電子產生了豐富的奇異相，包括高溫超導、巨磁電阻、莫特金屬-絕緣體轉變和多鐵性。與傳統的2D材料一樣，2D過渡金屬氧化物鈣鈦礦有望展現出新的基本特性，并能夠開發多功能電子器件。然而，這一前景受到技術的阻礙，如剝離3D氧化物晶體或從基底上提升強鍵合的超薄氧化物薄膜。許多技術被用來合成獨立薄膜，如使用酸選擇性蝕刻緩沖層，用水溶解NaCl基底和使用激光和離子注入熔融膜基底界面。這些技術難以推廣到各種鈣鈦礦氧化物。

【成果簡介】

近日，在南京大學王鵬教授和聶越峰教授，加州大學歐文分校潘曉晴教授團隊（共同通訊作者）帶領下，與內布拉斯加大學林肯分校合作，報告了具有高結晶質量的獨立式鈣鈦礦薄膜的制造，幾乎只有一個晶胞。采用近年來發展起來的以水溶性Sr₃Al₂O₆為犧牲緩沖層的方法，通過反應性分子束外延法合成了SrTiO₃和BiFeO₃薄膜，并將它們轉移到不同的基底上，特別是晶體硅片和多孔碳膜上。研究發現，當接近2D極限時，獨立式BiFeO₃薄膜表現出意想不到的巨大四方性和極化。結果表明，在獨立式的超薄氧化物薄膜中，沒有一個臨界厚度來穩定晶體的順序。在不受厚度限制的情況下，合成和轉移獨立式鈣鈦礦晶體薄膜的能力為研究2D相關相和界面現象創造了機會，以前在技術上是不可能的。相關成果以題為“Freestanding crystalline oxide perovskites down to the monolayer limit”發表在了Nature上。