鐵性材料在太赫茲波段的物理行為及器件探索

《鐵性材料在太赫茲波段的物理行為及器件探索》是依託華東師範大學，由褚君浩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鐵性材料在太赫茲波段的物理行為及器件探索
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：褚君浩
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

鐵性（鐵電、鐵磁、多鐵）材料因其具有獨特的極化、自旋結構、多場調控等特性能夠用於新型太赫茲器件製備。因此，鐵性材料在太赫茲波段的物理行為及器件探索成為近年來物理、材料和信息等多學科交叉的前沿研究領域。本項目主要研究鐵性材料微結構對太赫茲介電回響的影響規律；探索鐵性材料在太赫茲頻段下的一些基本物理問題，如研究鐵電體偶極子極化向晶格離子極化的過渡行為以及相變中聲子、軟模在外場下的軟化、演變和弛豫過程；探索多鐵材料中磁序-極化序耦合的元激發及其在外場下的調控特性，從而揭示磁電耦合的微觀物理機制；研究鐵性微納結構在超快光場下產生的太赫茲輻射特性以及太赫茲脈衝對電極化、自旋的調控作用；在發現規律的基礎上，設計和製備新型太赫茲源和太赫茲探測的原型器件。通過研究，深刻理解鐵性材料在太赫茲波段下行為的物理本質，尋找產生太赫茲脈衝及利用其調控鐵性材料特性的新方法，為太赫茲器件的研製提供指導。

結題摘要

鐵性(鐵電、鐵磁以及多鐵等)材料體系是一類在室溫下具有潛在磁電耦合效應的物質系統，有望通過摻雜改性和外場調控或者多層異質結構等方式實現，已經成為當前人們研究的前沿熱點。本項目提出採用結合RHEED監控，交替生長的分子束外延技術，進一步採用變溫遠紅外太赫茲、變溫拉曼散射光譜以及變溫磁學回線測試等光電錶征手段來研究幾類鐵性氧化物材料體系的太赫茲回響、聲子回響、電子-聲子相互作用以及磁有序等物理過程。通過結合上述多種表征方法，我們不僅可以觀察到鐵性氧化物材料及多層結構體系中的遠紅外聲子模式變化規律和鐵電弛豫等行為，同時也可以揭示它們的鐵電相-順電相轉變和磁有序等物理起源。 本項目主要針對鈣鈦礦型和層狀結構鐵性(鐵電、鐵磁以及多鐵等)薄膜的帶間電子躍遷、聲子模式、遠紅外太赫茲回響和自旋調控等特性展開了深入系統的研究。澄清了上述材料體系中晶體結構隨溫度、組分、薄膜厚度以及摻雜等物理參數的依賴關係，進一步揭示了鐵基陶瓷和薄膜材料的遠紅外聲子模式頻率與相變規律的聯繫。其次，本項目通過研究鈣鈦礦結構磁性氧化物薄膜及多層結構的鐵電弛豫行為和磁滯回線特性，揭示了氧化物薄膜低溫下鐵電疇壁運動的物理規律。進一步基於分子束外延技術建立了氧化物薄膜/單晶襯底界面可控的材料製備工藝。此外，本項目開展二氧化釩及透明導電氧化物薄膜的遠紅外太赫茲回響行為以及結構相變的研究。建立了帶間電子躍遷的回線變化行為與其相變的關係，為新型信息功能器件設計奠定了理論基礎。在本項目資助下，項目組共發表SCI收錄學術論文33篇(其中Scientific Reports和APL等影響因子3.0以上論文16篇)，應邀參加國際國內學術會議8次等。共培養了博士研究生5名以及碩士研究生5名，2名博士後出站。 綜上所述，本項目不僅高質量地完成了任務書中各項要求及指標，而且還延伸了項目成果至其它相關研究領域，為項目的可持續性研究提供了依據。