《鈣鈦礦鈷氧化物薄膜界面結構和氧空位的亞埃尺度研究》是依託陝西師範大學，由盧江波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦鈷氧化物薄膜界面結構和氧空位的亞埃尺度研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：盧江波
- 依託單位：陝西師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈣鈦礦氧化物薄膜因為其介電、鐵電、熱電、超導、離子電導、巨磁電阻效應、絕緣體—金屬轉變等重要特性，具有非常重要的科學研究意義和廣闊的套用前景。這類材料中複雜的界面結構以及氧空位影響和決定著材料的物理性質。本項目將利用像差校正透射電子顯微術對不同生長條件調控下鈣鈦礦鈷氧化物薄膜中的界面結構和氧空位進行亞埃尺度研究。確定界面的單胞尺度晶格應變、皮米精度的原子位移以及原子尺度的元素和價態分布，建立原子構型；分析界面結構特徵，如應變、缺陷等對薄膜生長和物理性能的影響。確定氧空位分布、氧空位引起的晶格畸變、氧空位相的晶體結構（有序結構和氧元素的含量）、氧空位對Co原子電子結構的影響；分析氧空位與物性的關聯。結合洛倫茲電子顯微術、電子全息術和原位技術研究樣品的磁疇結構（磁有序態），分析界面結構和氧空位對磁疇的影響。尋找利用界面和氧空位調控薄膜性能的新途徑。
結題摘要
鈣鈦礦氧化物具有鐵電、壓電、超導、巨磁電阻以及光學非線性等豐富特性，被廣泛套用於電容器、鐵電存儲體、可調微波器件和光學器件中。本項目對功能氧化物Ca3Mn2O7, LaCoO3和LaBaCo2O5.5+δ 薄膜中的氧八面體扭轉、氧空位、異質界面、析出相界面、析出相的三維結構以及界面導致的電子結構變化等進行了亞埃尺度系統研究，並對這些微結構特徵與物理性質的關聯進行了深入分析： 1. 結合像差校正高分辨原子像、LATLAB數值分析和電子能量損失譜對氧化物Ca3Mn2O7中的共生相和共生界面進行了亞埃尺度結構表征，研究了界面畸變導致的氧八面體扭轉以及氧原子K邊電子結構變化，探討了該氧原子電子結構變化對物理性能的影響。 2. 利用像差校正透射電子顯微術對不同溫度調控下LaBaCo2O5.5+δ薄膜中的異質界面和析出相界面進行深入研究，揭示了析出相的晶體結構(CoO和Co3O4)、三維結構和化學成分，闡明了溫度對析出相的影響，對薄膜中的缺陷以及晶格應變進行了深入分析。 3. 利用應變實現了對LaBaCo2O5.5+δ薄膜中析出相Co3O4大小和密度的調控。結合像差校正透射電子顯微術和聚焦離子束技術確定了LaBaCo2O5.5+δ薄膜中析出相的化學成分、晶體結構及其截面八面體的三維結構。利用高分辨X射線衍射研究了薄膜和析出相的晶格應變，提出了析出相的生長機制。 4. 利用像差校正透射電子顯微術對LaBaCo2O5.5+δ薄膜中的異質界面、析出相和母體界面進行了研究，提出界面的原子尺度結構模型，構建了析出相和薄膜中納米島的三維結構，揭示了析出相對薄膜中納米島形成的影響。 5. 結合像差校正透射電子顯微術、負球差成像技術和環形明場像對LaBaCo2O5.5+δ薄膜中的氧空位進行了深入研究，直接觀察到了該體系中的有序氧空位，提出了新的氧空位相結構，揭示了薄膜中不同含量氧空位的結構特徵。 6. 利用原子分辨的電子能量損失譜和第一性原理計算揭示了LaCoO3納米顆粒中的核-殼結構。在顆粒邊緣納米厚度殼中Co原子為高自旋態，而在顆粒中間Co原子為高自旋態和低自旋態的組合。原子尺度的環形明場像表明這種高低自旋態的轉變來自於納米顆粒表面重構引起的氧八面體扭轉。
