鐵電材料中鐵電疇壁是極化取向不同疇區(qū)的分界線，其結(jié)構(gòu)和鐵性序的特征區(qū)域一般為原子尺度，和鐵電材料自身的對稱性密切相關(guān)；不僅具備二維界面優(yōu)勢，更展現(xiàn)出與本征極化態(tài)顯著不同的結(jié)構(gòu)和特性，成為界面物性調(diào)控與功能集成的重要載體。 
近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心材料結(jié)構(gòu)與缺陷研究部唐云龍研究員指導博士研究生劉芳、陳雙杰及碩士研究生樊雯雯等，與松山湖材料實驗室馬秀良研究員、朱銀蓮研究員開展合作研究，在無鉛鐵電材料中荷電疇壁構(gòu)筑與鐵性序調(diào)控方面取得系列研究進展。相關(guān)研究成果以“Emergent ferroic orders in SmMnO?:NiO nanocomposites”“Controllable Preparation of Millimeter-Scale In-Plane Charged Domain Wall in a Lead-Free Ferroelectric Film”和“Manipulating Charged Domain Wall Arrays in BiFeO? Films by Asymmetric Electrical Boundary Conditions”為題，分別發(fā)表于Acta Materialia、Advanced Science、ACS Nano雜志。
該系列研究成果實現(xiàn)了從原子尺度界面結(jié)構(gòu)設(shè)計、極化構(gòu)型調(diào)控到界面磁、電性能的耦合，推動了無鉛鐵電材料中荷電疇壁及多鐵性功能界面的可控構(gòu)筑研究：在Na?.?Bi?.?TiO?及BiFeO?薄膜中，通過熱力學和非對稱界面調(diào)控手段，實現(xiàn)了毫米尺度面內(nèi)荷電疇壁和周期性荷電疇壁的可控構(gòu)筑，為理解荷電疇壁穩(wěn)定性及其后續(xù)器件集成打下基礎(chǔ)；進一步成功制備了SmMnO?:NiO無鉛復合鐵性薄膜，基于垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面耦合機制，實現(xiàn)了室溫鐵電性與高轉(zhuǎn)變溫度鐵磁性的協(xié)同調(diào)控，展現(xiàn)出構(gòu)建多鐵功能界面的應用潛力。
以上工作得到了金屬所創(chuàng)新基金、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等項目支持。
圖1. SmMnO?:NiO薄膜的鐵電鐵磁性能研究
圖2. Na?.?Bi?.?TiO?薄膜面內(nèi)二維大尺度荷電疇壁原子與極化特性
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