Nature最新合成技术：比纸还薄的钙钛矿薄膜

木文韬 5年前 (2019-06-06) 8714浏览

【引言】

最近，二维（2D）材料由于其优异的电子特性和潜在的电子应用前景而引起了极大的兴趣。在传统的2D材料中，例如石墨烯和过渡金属二硫化物，这些性质很大程度上受到s轨道和p轨道的弱相互作用电子的控制。而过渡金属氧化物钙钛矿中d轨道的强相互作用电子产生了丰富的奇异相，包括高温超导、巨磁电阻、莫特金属-绝缘体转变和多铁性。与传统的2D材料一样，2D过渡金属氧化物钙钛矿有望展现出新的基本特性，并能够开发多功能电子器件。然而，这一前景受到技术的阻碍，如剥离3D氧化物晶体或从基底上提升强键合的超薄氧化物薄膜。许多技术被用来合成独立薄膜，如使用酸选择性蚀刻缓冲层，用水溶解NaCl基底和使用激光和离子注入熔融膜基底界面。这些技术难以推广到各种钙钛矿氧化物。

【成果简介】

近日，在南京大学王鹏教授和聂越峰教授，加州大学欧文分校潘晓晴教授团队（共同通讯作者）带领下，与内布拉斯加大学林肯分校合作，报告了具有高结晶质量的独立式钙钛矿薄膜的制造，几乎只有一个晶胞。采用近年来发展起来的以水溶性Sr₃Al₂O₆为牺牲缓冲层的方法，通过反应性分子束外延法合成了SrTiO₃和BiFeO₃薄膜，并将它们转移到不同的基底上，特别是晶体硅片和多孔碳膜上。研究发现，当接近2D极限时，独立式BiFeO₃薄膜表现出意想不到的巨大四方性和极化。结果表明，在独立式的超薄氧化物薄膜中，没有一个临界厚度来稳定晶体的顺序。在不受厚度限制的情况下，合成和转移独立式钙钛矿晶体薄膜的能力为研究2D相关相和界面现象创造了机会，以前在技术上是不可能的。相关成果以题为“Freestanding crystalline oxide perovskites down to the monolayer limit”发表在了Nature上。