作者:张金星 来源:《自然—通讯》 发布时间:2016/2/14 20:26:24
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在层状钙钛矿薄膜中的铁弹性翻转机制

 

近日,北京师范大学物理系张金星教授组与比利时安特卫普大学、 清华大学以及美国加州大学等研究机构合作,在 2 月 3 日刊出的《Nature Communications》上发表论文,阐述在层状钙钛矿薄膜中的铁弹性翻转机制。论文的题目为“Ferroelastic switching in a layered-perovskite thin film”。

在铁性材料(铁电、多铁)的单晶和薄膜体系中,由电场驱动的非易失性弹性应变可以为晶格序参量与其他的序参量例如极化,自旋以及轨道等序参量之间的耦合提供一个有效的途径。这在未来的传感、驱动、信息存储和磁电耦合等器件的低能耗性能的实现中起着关键的作用,具有广泛的应用价值。

然而,在器件集成的传统四方相或者菱形相的铁电薄膜结构里面,通常由于衬底对铁电薄膜的束缚,铁电薄膜中产生铁弹性应变的铁弹性畴翻动力学过程被抑制,使得由电场驱动的非易失性的铁弹性应变在薄膜集成的器件中难以实现。目前在铁电薄膜结构里实现弹性应变的一个有效的方法就是通过聚焦离子束刻蚀的方式将铁电薄膜刻成微米/纳米岛状结构,部分地释放衬底对薄膜的束缚作用,从而实现铁弹性翻转过程以及伴随着的铁弹性应变。但是这种方法成本太高,不适于大范围的工业生产。这就促使人们在追求不受衬底束缚的非易失性弹性应变过程中探索新的铁电薄膜体系。

张金星教授与其指导的博士生王传寿在通过与合作者的研究过程发现,相比于具有面外铁电极化分量的传统四方相或者菱形相的铁电薄膜结构,在层状钙钛矿铁电材料Bi2WO6的薄膜结构里,由于其晶体对称性是正交相结构,其铁电极化完全在薄膜平面内,没有面外的极化分量,这使得铁电极化在铁弹性翻转过程中,其所需的弹性翻转的能量势垒得到一到两个数量级的降低,无需高成本的刻蚀技术就能大大减少衬底对其的束缚作用,从而能够很好地实现由电场驱动的非易失性弹性应变。更重要的是在层状钙钛矿铁电材料Bi2WO6的薄膜结构体系里实现的由电场驱动的非易失性弹性应变数值能够达到~0.4%,甚至可以与菱形相结构的单晶体系中的弹性应变值~0.6%相媲美。

这为人们提供了一个很好的研究由电场驱动的非易失性的弹性应变与其他序参量耦合的薄膜体系,为未来的功能薄膜器件集成打下了坚实的基础。(来源:科学网)

 
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