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《Science》發表我??蒲袌F隊在負熱膨脹體系鐵電研究領域獲得的重要成果

——“相界面應變”制備出超強鐵電薄膜

單位(作者):冶金與生態工程學院 | 來源:本站原創 | 更新時間:2018-08-27 | 點擊數:

一般而言,功能材料物理化學性質依賴于晶格的變化,調控材料的晶格應變可促使材料物理化學性質發生顯著的變化,晶格應變調控也因此廣泛地應用在超導、巨磁阻163彩票平台官网、多鐵、催化等領域163彩票平台官网。研究者們通常采用應變工程法,即通過薄膜與基體的晶格失配引入一定的應變,達到調控材料性質的目的。然而163彩票平台官网,薄膜與基體的晶格失配程度不能無限制地增加,晶格應變調控的范圍也有限。

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1 PbTiO3/PbO外延薄膜的微觀結構

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2 巨大鐵電極化及溫度穩定性

近期,北京科技大學邢獻然教授團隊提出一種可簡單實現應變工程的新方法——“相界面應變”(Interphase Strain),在超四方薄膜中實現了巨大鐵電性。研究成果以“Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphase strain”(通過相界面應變制備巨大極化的超四方薄膜)為題,于2018年8月3日發表在美國《Science》。北京科技大學張林興博士為第一作者,陳駿教授和邢獻然教授為通訊作者。

鐵電材料是一種重要的功能材料,廣泛應用在鐵電存儲器163彩票平台官网、可調諧微波器件、大容量電容163彩票平台官网、壓電傳感器件等領域163彩票平台官网。鐵電材料的豐富性質都利用了鐵電極化這一基本的功能基元。其實163彩票平台官网,鐵電體中還隱藏著一種新穎的性質——負熱膨脹,即溫度上升材料體積產生反常收縮,負熱膨脹為調控材料熱膨脹性質提供了契機。近二十年來,該研究團隊在負熱膨脹領域開展了深入的研究,報道了一類鐵電體負熱膨脹體系,并揭示了鐵電極化對負熱膨脹的作用機制?63彩票平台官网163彩票平台官网;谪摕崤蛎涜F電體的研究結果,該團隊最近提出“相界面應變”調控鐵電體晶格應變方法,進而成功制備出“超強”鐵電體薄膜163彩票平台官网?!跋嘟缑鎽儭钡脑O想如下:如將兩種晶格常數不同的物質形成晶格匹配的外延薄膜,小晶格的物質必然受到大晶格物質的拉應力,進而引入巨大應變。該團隊在SrTiO3基底上將不同晶格參數的PbTiO3鐵電體和PbO非鐵電體形成晶格完全匹配的外延薄膜,研究表明,該方法將PbTiO3的晶格畸變提升到c/a = 1.238,而體相僅為1.065163彩票平台官网,薄膜剩余極化值高達236.3 μC/cm2,是目前已知鐵電體最高值的近2倍。另外,這種鐵電薄膜非常穩定,鐵電相穩定溫度從體相的490℃提高到了725℃??傊?,這種“相界面應變”方法為設計新穎鐵電體提供了新思路163彩票平台官网163彩票平台官网,也可以應用在其他多功能材料的設計當中。

該研究工作也得到美國德克薩斯大學達拉斯分校、以色列特拉維夫大學163彩票平台官网、英國圣安德魯斯大學、清華大學、中國科學院等幫助與合作。

附:論文鏈接 http://science.sciencemag.org/content/361/6401/494。

(責編:邢華超)


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