《鐵電薄膜中的垂直界面效應- - 作用、機理與控制》是依託蘇州大學，由楊浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鐵電薄膜中的垂直界面效應- - 作用、機理與控制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊浩
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
界面在影響鐵電薄膜物理性質方面起重要作用，現在已有一系列的實驗和理論工作詳細研究了鐵電薄膜中的水平界面效應。與水平界面相比，沿垂直於基片表面方向的界面(垂直界面)對薄膜物理性質有更直接、更強的調製作用，但現在這方面的研究還處於起步階段。本項目計畫在製備基於BiFeO3以及BaTiO3材料的自組織生長、納米有序垂直複合薄膜的基礎上，通過與單相BiFeO3(BaTiO3)薄膜的比較，分析垂直界面對物理性質的作用。並通過調製複合薄膜的微結構以及組分，調製垂直界面應變與總垂直界面積，進而研究這兩種關鍵因素影響材料鐵電、介電與漏電性質的機理。再結合理論模型的建立，深入理解垂直界面效應，及其與水平界面效應的區別與聯繫。最終在理解作用與機理的基礎上對垂直界面效應進行控制，以達到增強薄膜鐵電性的目的。
結題摘要
界面是決定氧化物薄膜豐富物理性質的關鍵因素，現有的關於界面效應的工作基本上都集中於研究薄膜與基片間界面或多層膜中層與層之間界面（這些界面平行於基片表面，定義為水平界面）。受限於界面作用的機制，水平界面效應只能在很薄的薄膜中觀測到，這使得氧化物薄膜的套用範圍受到很大的限制。在本項目的研究中，我們通過材料的選擇和設計，用自組裝的方式得到的垂直有序複合薄膜，其中兩相材料之間的界面垂直於基片表面，定義為垂直界面。我們發現通過垂直界面，一個相可以在垂直方向來控制另一相的應變和晶格結構，這改變了界面作用的機制。具體進展如下。 1. 垂直應變調控多重鐵性。我們系統研究了垂直界面對BiFeO3和EuTiO3等材料的作用，發現可以通過垂直界面獲得水平界面無法得到的強應變，使得EuTiO3從反鐵磁-順電變成鐵磁-鐵電共存的多鐵材料。 2. 垂直應變調控氧化物薄膜自組裝。我們用脈衝雷射沉積法製備了(YBa2Cu3O7-δ)1-x:(BaZrO3)x 複合薄膜，並通過應變的產生與弛豫，將複合薄膜自組裝形成的微結構從垂直有序調製到水平有序。 3. 氧空位定量測量及其對物性的影響。我們發現可以通過氧空位同時調控材料的磁、電有序，使得(Eu,Ba)TiO3材料從反鐵磁-鐵電共存轉換成鐵磁-鐵電共存的多鐵材料，並將其鐵電居里溫度提高至室溫以上，使得(Eu,Ba)TiO3材料的套用成為可能。 4. 垂直界面對鐵電薄膜漏電電流的作用。我們結合導電原子力顯微鏡的手段，開展了垂直界面局域電輸運機理的研究；發現垂直界面是複合鐵電薄膜中主要的漏電通道，其電輸運行為與鐵電薄膜中疇壁的相關行為類似。 我們的工作通過改變界面作用的機制，解決了厚度限制界面效應這一根本問題，開發了一種調控氧化物材料功能性的有效手段。項目完成後共發表論文7篇，另有兩篇文章已被接收待發表。這些文章中包括Advanced Functional Materials 1篇，Scientific Reports 2篇，Applied Physics Letters 2篇。同時發表專著章節一章，在國際會議上作邀請報告4次，並在本項目研究工作的基礎上主持國家自然科學基金兩項、教育部項目一項。項目共培養博士研究生2名、碩士研究生3名。其中有兩名碩士生已畢業。學生當中有1人次獲得國家獎學金，兩人次獲得江蘇省普通高校研究生科研創新計畫項目資助。
