北科大今日Science:新型“相间应变”策略构建具备巨大极化强度的铁电薄膜

【引言】

一般而言，控制应变能够增强多功能材料诸如磁阻、超导电性、铁电性以及反铁磁性等方面的性能。而在这其中，应力铁电体如四方钙钛矿氧化物由于具备较大的偶极矩而拥有较高的极化值和居里温度。目前的理论已经证明，各向同性拉伸应变（负压）可以有效增加此类化合物的四方性和极化值。然而，如何在外延膜上简单构建高负压环境是非常巨大的挑战。

【成果简介】

近期，北京科技大学的陈骏教授以及邢献然教授（共同通讯作者）等人提出了新型“相间应变”的策略并以此在超四方性薄膜上实现了巨大极化。该研究发现利用晶格结构相似、晶格参数不同的两种材料，在外延生长时晶界处的晶格参数是相互匹配的，从而可在材料间产生各向同性应变，即“相间应变”。利用这种“相间应变”策略，研究人员在PbTiO₃外延复合铁电薄膜上引入高负压从而实现了巨大的极化性能，其剩余极化强度可达到236.3微库伦/cm²，是现有已知铁电体的2倍。此外，这种薄膜的超四方性相在725℃的高温下依然稳定，而对应块体的相转变温度却只有490℃。2018年8月3日，相关成果以题为“Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphase strain”在线发表在Science上。

【图文导读】

图1 PbTiO₃外延复合薄膜的晶体结构表征

图2 PbTiO₃外延复合薄膜的微结构表征

图3 PbTiO₃/PbO界面的理论计算表征

图4外延复合薄膜的性能表征

文献链接：Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphase strain（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aan2433）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿，材料牛编辑整理。

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