《多鐵性鈣鈦礦超晶格的設計、製備和物性研究》是依託南京大學，由吳迪擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：多鐵性鈣鈦礦超晶格的設計、製備和物性研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：吳迪
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單相多鐵性材料是一類過渡金屬氧化物，在特定的溫區同時具有鐵電性和磁性，並具有磁電耦合。本項目以單相多鐵性材料在小型化、多功能化的新一代信息存儲和處理器件套用為背景，面對目前多鐵性體系或磁電耦合較弱或耦合較強但鐵電性磁性較弱、多鐵性共存溫度過低的困難，設計製備多種多鐵性外延鈣鈦礦氧化物超晶格，希望突破自然材料的限制，化被動為主動，探索新型人工多鐵性超晶格材料，推動多鐵性新材料探索和實際套用的步伐，具有重要的科學意義和重大的套用前景。圍繞上述目標，擬製備鐵電/鐵磁鈣鈦礦兩組元超晶格和由鈣鈦礦磁性材料和鈣鈦礦電介質材料組成的三色超晶格兩類體系，通過篩選超晶格組元材料物性、設計晶格對稱性、晶格失配應變、層間耦合、界面電荷轉移等人工設計的微結構參數，研究影響多鐵性共存與耦合的關鍵物理因素，揭示多鐵性特性與關聯電子材料中自旋、軌道、電荷、晶格畸變等序參量的關係，實現若干性能優良的多鐵性超晶格材料。
結題摘要
圍繞鈣鈦礦氧化物的存儲功能，針對鈣鈦礦晶體結構的人工設計和製備，本課題在鈣鈦礦人工微結構設計、製備和原型器件方面取得了重要進展，完成了任務書中的研究任務。 在人工微結構製備和表征方面，我們最佳化了雷射脈衝沉積製備YMnO3、LaFeO3、BiFeO3、BiMnO3、（LaSr）MnO3等鈣鈦礦鐵電、鐵磁或多鐵性薄膜的工藝參數，在SrTiO3、LaAlO3、LSAT、SLAO等一系列襯底上製備了外延薄膜或超晶格，用X射線衍射、透射電子顯微鏡等表征手段分析了薄膜的結構，並系統測量了電磁特性。 在多鐵性器件方面，通過摻雜改性提高了BiFeO3薄膜的抗擊穿場強、降低了漏電流，並且在Pr、Mn共摻雜的BiFeO3薄膜中觀察到在菱方至四方的準同型相界附近剩餘磁矩的增強；首次在鈣鈦礦{111}極性/非極性界面觀察到二維電子氣；首次設計金屬/超薄鐵電簿膜/半導體(MFS)鐵電隧穿二極體結構，提出利用鐵電極化調控勢壘寬度，增強電致阻變，獲得了鐵電隧道結中迄今最大的電致阻變；採用力荷載極化超薄BaTiO3薄膜，將力學寫入和電擦寫相結合，套用到鐵電隧穿阻變結構中，實現了力學寫入和電學擦除，為納米鐵電存儲提供了新的選擇。 本課題已經在SCI刊物上發表論文14篇，包括Nature Materials論文1篇，Appl. Phys. Lett.3篇，同時申請國家發明專利2項。
