氧化物薄膜中的多維應變效應研究

項目摘要

應變是決定氧化物薄膜豐富物理性質的關鍵因素，現在已有一系列工作研究應變效應，但這些工作都有一定的局限性。其局限性在於：（a）由於應變產生機制的限制，應變效應只能在很薄的薄膜中觀測到；（b）研究更多的集中於應變對物理性質的影響，對於應變與微結構之間的關係理解不夠。本項目將以EuTiO3(ETO)為對象，從多角度研究氧化物薄膜中的應變效應。我們計畫通過製備基於ETO的複合薄膜，產生直接作用於垂直方向的應變(垂直應變)，從而改變應變產生的機制。並結合單相ETO薄膜的外延生長，用水平和垂直應變同時調控薄膜的物理性質和微結構,並研究應變-微結構-物理性質之間的關聯性。從而結合應變作用方式的三維化和作用對象的多元化，加深對應變產生機制和作用機理這些基本問題的理解。並通過水平和垂直應變效應的比較，深入理解ETO中自旋-聲子-應變之間的耦合機制。在此基礎上，通過調控應變，增強ETO的功能性和實用性。

結題摘要

應變是決定氧化物薄膜豐富物理性質的關鍵因素，現在已有一系列工作研究應變效應，但這些工作都有一定的局限性。其局限性在於：（a）由於應變產生機制的限制，應變效應只能在很薄的薄膜中觀測到；（b）研究更多的集中於應變對物理性質的影響，對於應變與微結構之間的關係理解不夠。本項目以EuTiO3(ETO)、(Eu,Ba)TiO3 (EBTO)、SrMnO3 (SMO)為對象，從多角度研究氧化物薄膜中的應變效應。主要進展如下。 1. 利用脈衝雷射沉積法，在不同基底上製備了EuTiO3:MgO (ETO:MgO)複合薄膜；利用XRD、TEM、STEM等測試手段發現，複合薄膜有清晰的垂直有序結構，其中MgO體現為納米柱，ETO體現為基體(matrix)；通過這種垂直有序結構可以給ETO施加垂直方向約2.35%的應變。在應變的作用下，ETO:MgO複合薄膜體現出明顯的鐵磁-鐵電性。同時通過測量ETO:MgO複合薄膜中的磁介電效應，發現介電常數在鐵磁距離溫度（3.5k）附近有明顯的反常行為，而這種反常行為隨磁場強度的增加而減弱，說明磁電之間存在耦合作用。 2. 研究了EBTO薄膜中的氧空位效應。通過精確調控氧空位含量，使得EBTO薄膜中的磁有序從反鐵磁有序變成鐵磁有序，同時其鐵電居里溫度從213 K提高到約450 K。利用SHG的手段，發現薄膜的鐵電居里溫度隨氧空位含量的增加而提高。 3. 製備了Eu0.5Ba0.5TiO3:MgO (EBTO:MgO)複合薄膜。利用XRD、TEM、STEM等測試手段發現，複合薄膜有清晰的垂直有序結構，其中MgO體現為納米柱，EBTO體現為基體(matrix)；通過這種垂直有序結構可以給EBTO施加垂直方向約2.62%的應變。通過磁性測量發現，複合薄膜中的EBTO由反鐵磁序變成了鐵磁序，其鐵磁居里溫度約為2.5K。通過電性質測量發現，複合薄膜中EBTO的鐵電居里溫度提高到了室溫以上，並用PFM在室溫觀察到了鐵電疇的反轉，證實了室溫的鐵電性。項目完成後共發表論文25篇。這些文章中包括Advanced Functional Materials 1篇，Physical Review B 1篇，Applied Physics Letters 5篇，在國際會議上作邀請報告3次。項目共培養博士研究生3名、碩士研究生4名，均已畢業。

氧化物薄膜中的多維應變效應研究

基本介紹

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