铁电薄膜中的带电界面会产生低维的受限电荷,从而诱导很多诸如二维电子气等新奇的物理性质,在未来的纳米电子器件中具有很大的应用潜力.然而这些带电界面通常会产生巨大的退极化场,很难稳定存在.本文利用晶界工程在多铁Bi Fe O_(3)中制...铁电薄膜中的带电界面会产生低维的受限电荷,从而诱导很多诸如二维电子气等新奇的物理性质,在未来的纳米电子器件中具有很大的应用潜力.然而这些带电界面通常会产生巨大的退极化场,很难稳定存在.本文利用晶界工程在多铁Bi Fe O_(3)中制备几何结构和电荷密度可调控的带电界面.这些Bi Fe O_(3)晶界是以Sr Ti O_(3)双晶衬底为模板制备的,具有厘米级的二维尺寸和小于1 nm的厚度.通过压电力显微镜和球差矫正透射电子显微镜测量Bi Fe O_(3)晶界处极化取向和原子结构,我们发现10°,22.6°和36.8°的Bi Fe O_(3)晶界都会形成头对头的极化构型.另外,极化大小在晶界附近并没有受到明显的抑制,表明在晶界处自由载流子和缺陷等很好地屏蔽了极化电荷.因此,这种头对头的极化导致晶界处聚集极化电荷,形成了一个带电的二维界面.通过控制双晶模板的角度可以调控Bi Fe O_(3)中晶界的角度和携带的电荷量,为设计基于带电界面的器件提供了新思路.展开更多
基金supported by the National Basic Research Program of China(2016YFA0300804)the National Natural Science Foundation of China(51672007 and 11974023)+6 种基金Key Area R&D Program of Guangdong Province(2018B010109009)the Key R&D Program of Guangdong Province(2018B030327001)National Equipment Program of China(ZDYZ2015-1)the‘‘2011 Program”Peking-Tsinghua-IOP Collaborative Innovation Centre for Quantum Mattersupported by the National Basic Research Program of China(2016YFA0301004)the National Natural Science Foundation of China(51872155,52025024)the Beijing Advanced Innovation Center for Future Chip(ICFC)。
文摘铁电薄膜中的带电界面会产生低维的受限电荷,从而诱导很多诸如二维电子气等新奇的物理性质,在未来的纳米电子器件中具有很大的应用潜力.然而这些带电界面通常会产生巨大的退极化场,很难稳定存在.本文利用晶界工程在多铁Bi Fe O_(3)中制备几何结构和电荷密度可调控的带电界面.这些Bi Fe O_(3)晶界是以Sr Ti O_(3)双晶衬底为模板制备的,具有厘米级的二维尺寸和小于1 nm的厚度.通过压电力显微镜和球差矫正透射电子显微镜测量Bi Fe O_(3)晶界处极化取向和原子结构,我们发现10°,22.6°和36.8°的Bi Fe O_(3)晶界都会形成头对头的极化构型.另外,极化大小在晶界附近并没有受到明显的抑制,表明在晶界处自由载流子和缺陷等很好地屏蔽了极化电荷.因此,这种头对头的极化导致晶界处聚集极化电荷,形成了一个带电的二维界面.通过控制双晶模板的角度可以调控Bi Fe O_(3)中晶界的角度和携带的电荷量,为设计基于带电界面的器件提供了新思路.
