铁电多层膜与铁电超晶格

铁电多层膜和铁电超晶格是改善铁电薄膜性能并探索新的物理现象的有效途经.作者结合自己的研究工作,介绍了铁电多层膜和铁电超晶格的研究现状和进展.

铁电超晶格薄膜

介质铁电超晶格薄膜是一类新型的薄膜材料,已逐渐开始受到重视,成为研究的热点.本文主要分析了铁电超晶格薄膜的结构特点、组分材料、介电铁电性能;介绍了其在实际中的应用以及在近几年的发展;概括了几种常用的介质铁电超晶格薄膜的生长技术及其影响因素;最后对铁电超晶格薄膜的发展和应用前景进行了展望.

退极化场对铁电超晶格热力学性质的影响

应用平均场理论,在横场伊辛模型的框架内,研究了退极化场对铁电超晶格热力学性质的影响.计算结果表明:退极化场使铁电超晶格的自发极化曲线更加平坦,使介电峰合并,并抑制超晶格的界面效应.

界面量子起伏对铁电超晶格介电性质的影响

应用平均场理论,在横场伊辛模型的框架内,研究了界面量子起伏对铁电超晶格介电性质的影响。得到界面的量子起伏会导致铁电超晶格的介电极化率的升高。

BaTiO3/LaAlO3铁电超晶格中耗散因子与性能的关系

用横场伊辛模型模拟计算了BaTiO3/LaAlO3铁电超晶格的铁电、介电性能,研究了BaTiO3/LaAlO3铁电超晶格中的耗散因子对极化、居里温度和介电常数的影响,发现随着耗散因子的增加,BTO/LAO超晶格的极化强度和居里温度下降。当耗散因子为2.66时,模拟计算值与实验结果相近。

铁电超晶格中畴变导致的可恢复大电致应变

铁电超晶格由于其独特的机电耦合特性而得到了广泛的研究。在不同的双轴错配应变下,铁电超晶格表现出不同的畴结构和机电耦合特性。本文采用三维相场模型研究了不同双轴错配应变下PbTiO_(3)/SrTiO_(3)(PTO/STO)超晶格的畴演化和机电性能。相场模拟结果表明,外加电场作用下铁电超晶格在堆叠方向上表现出较大的电致应变。在较大的错配压应变下,厚度为4 nm的铁电层中会出现涡旋畴。在外加大电场作用下,涡旋畴变为稳定的c畴,去除电场后c畴依旧保持。当错配压应变逐渐减小时,无外电场下的初始涡旋畴会变为波浪畴或a1/a2畴。此时,大电场作用下完全极化后的c畴在电场变小后会转变为对角线方向畴或a/c畴。此外,当对超晶格施加双轴拉应变时,铁电畴能够翻转回初始的a1/a2类孪晶畴结构,从而产生可恢复的大电致应变。本文研究提供了获得可恢复大电致应变的有效途径。

一种铁电超晶格的制备及其性能分析

采用射频磁控溅射工艺,制备了三周期铁电超晶格[PZT/LNO]3/Si。对周期结构样品的结晶取向、表面形貌、电滞回线、反射光谱、膜厚等特性的一系列测试分析显示,制备的样品表面较平整,颗粒尺寸均很小,晶格匹配可以诱导择优取向,铁电性能优于单层膜;对光产生了干涉效应,可作为信息存储与传播材料,亦可应用于非制冷红外焦平面器件。

铁电超晶格相变性质的推迟格林函数方法研究

基于横场伊辛模型,用推迟格林函数方法研究了双层铁电超晶格的居里温度和自发极化.通过对横场伊辛模型的格林函数运动方程进行高级截断近似,给出了格林函数中本征频率的普遍表达式,并进一步地获得了铁电超晶格的本征频率.然后对铁电超晶格的居里温度、各层的自发极化以及平均自发极化进行了计算和分析.

BaTiO_3/SrTiO_3超晶格界面结构与光电性能关系研究

最近的研究结果表明 ,由L MBE生长的铁电BaTiO3 /SrTiO3 超晶格的二次谐波产生系数(d3 3 可达 1 5 6 .5pm/V)比体材料BaTiO3 高出一个数量级。为了探讨该材料超常的光电性能与微结构的关系 ,我们对其界面结构进行了详细研究。样品的名义结构为 :BaTiO3 (n) /{SrTiO3 (n) /BaTiO3 (n) }m/SrTiO3 ( 0 0 1 ) ,其中n为晶胞数 ,m为周期数。由于样品相当薄 (单层厚度仅为 2～ 1 6nm) ,而且界面失配大 ,使应变和晶格常数的测定比较困难 ,为此我们采用了X射线掠入射反射率和漫散射等多种实验方法。X射线掠入射反射率和漫散射的理论模拟结果表明 ,样品的表面、界面粗糙度为σ =0 .1nm至 0 .2nm ,Ispec/Idiffuse≈ 1 0 3 ,Bragg衍射除了多级卫星峰外还出现了干涉条纹 ,表明超晶格样品具有原子级平滑的表面和界面。在分析 ( 0 0 2 )、( 30 3)、( 0 33)和 ( 1 0 3)对称和非对称衍射及相应的倒易空间图的基础上 ,确定了样品的水平和垂直晶格常数。第一次采用掠入射衍射(GID)技术 ,直接测定了BaTiO3 /SrTiO3 超晶格的界面应变的水平弛豫。结构分析结果显示 :随周期厚度的变化 ,超晶格水平应变量与二次谐波产生系数的变化具有对应关系。即随周期厚度减小 ,界面水平弛豫减小 ,晶格内应力增大 ,从而使得自发极化增大 ,并?

铁电极化涡旋结构在超晶格中的演化

铁电涡旋结构由于在存储方面的巨大应用前景得到人们广泛关注。本文通过选用不同钪酸盐衬底生长了介电/铁电(SrTiO_3/PbTiO_3)_4以及电极/铁电(La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/PbTiO_3)_4超晶格,利用像差校正透射电镜分析了薄膜的极化状态,探讨了失配应变和电边界条件对超晶格PbTiO_3层中铁电涡旋结构的影响。研究表明,随着失配应变的增加,周期性涡旋结构由涡旋核心随机分布转变为一上一下交替分布,之后转化为涡旋结构与a畴共存来释放大的拉应变。在电极/铁电(La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3/PbTiO_3)_4超晶格中,涡旋结构呈周期性分布且能够稳定存在于电极La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3夹持的PbTiO_3层中,此结果有利于其在铁电存储器等方面应用研究的开展。

BTO/LAO超晶格性能研究

利用横场伊辛模型,考虑四体相互作用,研究了BaTiO3/LaAlO3(BTO/LAO)铁电超晶格的居里温度、介电常数和极化强度与厚度周期的变化关系。发现BTO/LAO铁电超晶格的极化、居里温度和介电影响有显著的尺寸效应,耗散因子对BTO/LAO铁电超晶格的性能影响较大。随着耗散因子的减少,BTO/LAO超晶格的极化强度和居里温度增加,但介电常数几乎不变。当耗散因子σ=2.66时,模拟计算同实验结果相近,表明该理论模型可以作为研究BTO/LAO铁电超晶格的有效方法之一。

以“多铁性材料的发展与挑战”为主题的香山科学会议在京召开

据报道，近日，香山科学会议第306次学术讨论会在北京召开，会议主题为“多铁性材料的发展与挑战”。清华大学南策文教授、南京大学刘俊明教授、中国科技大学李晓光教授和浙江大学陈湘明教授担任会议执行主席，中科院闵乃本院士作了题为“铁电超晶格的发展”的主题评述报告。

准周期铁电光学超晶格多波长二次谐波的产生

准周期材料的研究是凝聚态物理学的热门课题之一．我们利用外电场室温极化技术，成功地制备了准周期ＬｉＴａＯ３超晶格，首次获得了高效、多波长的二次谐波输出．对应的基波波长分别为０９７６２，１０８４６，１２８３４，１３６５０和１５６９９μｍ．