《多鐵性薄膜材料的疇界與界面結構研究》是依託北京科技大學，由詹倩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多鐵性薄膜材料的疇界與界面結構研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：詹倩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多鐵性材料是目前國際研究熱點之一，有重要的套用前景。微觀結構特別是疇界的行為，薄膜與基體的界面，以及功能複合薄膜組元相之間的界面耦合對其性能有著重要的影響，但目前還缺乏深入細緻的結構分析工作。本項目將在申請人近期初步工作的基礎上，綜合套用高分辨電子顯微學和高空間分辨分析電子顯微學，並結合像模擬、電子衍射模擬、以及電子能量損失譜的分析計算，在原子尺度研究複雜鐵電薄膜的極化位移分布，多鐵性複合薄膜的相分離、界面化學與電子結構、以及界面應力應變狀態及其與磁電耦合的關係。不僅為研究鐵電薄膜的極化反轉和尺寸效應，以及複合功能薄膜材料的磁電效應等科學問題提供關鍵的定量結構信息；同時也促進相關材料的設計和性能最佳化，為電子、信息存儲、半導體等工業的持續發展打下基礎。
結題摘要
多鐵性材料是目前國際研究熱點之一，有重要的套用前景。微觀結構特別是疇界的行為，薄膜與基體的界面，以及功能複合薄膜組元相之間的界面耦合對其性能有著重要的影響，但目前還缺乏深入細緻的結構分析工作。本項目重點針對複雜菱面體結構的鐵電薄膜疇界和垂直自組織納米複合氧化物薄膜，綜合套用高分辨電子顯微學和高空間分辨分析電子顯微學，並結合像模擬和電子衍射模擬，在原子尺度研究複雜鐵電薄膜疇界附近的原子構型及位移分布，多鐵性複合薄膜的相分離、組成形態、取向、界面結構以及界面應力應變狀態，探索了多種垂直自組織複合氧化物薄膜的取向調控機制。具體地，研究了複雜菱面體畸變鈣鈦礦結構BiFeO3鐵電薄膜的疇界取向及原子結構，定量分析原子位移進而揭示疇界極化位移分布，首次得到基於原子尺度的菱面體畸變的鈣鈦礦鐵電疇結構，為研究鐵電薄膜的極化反轉和尺寸效應，提供關鍵的定量結構信息。另外，本項目選取垂直自組織鈣鈦礦-尖晶石BiFeO3-CoFe2O4/NiFe2O4異質薄膜作為模型材料，重點研究了具有全新取向關係和界面原子結構的取向調控機制。納米複合結構均長在具有（001）c取向的鈣鈦礦襯底上。我們選擇了三種不同的襯底，一個是理想鈣鈦礦SrTiO3,另兩個是正交畸變的鈣鈦礦結構DyScO3和NdGaO3。薄膜中兩相均自發分離，外延生長在不同襯底上，具有很好的結晶性。在這三種材料體系中，CoFe2O4納米柱分別呈現出金字塔方塊、納米板狀、三角形稜台三種不同的形貌貫穿地鑲嵌在BiFeO3基體中。與以往大量報導的立方-立方取向關係不同，CoFe2O4納米柱分別被調控為[001], [011],和[111]取向，而BiFeO3基體卻仍以[001]取向與襯底匹配。全新的取向關係及納米構型也產生了新的異質界面結構。分析認為，在這種複雜的複合體系中，晶體結構連續性、界面能、彈性能等因素均會影響異質結構的生長以致產生新的調控。考慮到具體襯底的特性，其中一種因素會起到重要的作用如結構畸變大小或晶格失配程度等。我們目前的工作提供了一種有效的探索多種異質複合結構的調控方式，為促進相關材料的設計和性能最佳化提供可行方法。
