类四方BiFeO_(3)薄膜中新型极化拓扑结构研究

结合像差校正透射电子显微术和精密脉冲激光沉积技术,本文研究了生长在LaAlO_(3)衬底上的单层铁电BiFe_(3)薄膜中应变调控和缺陷诱导的极化涡旋拓扑畴组态。HAADF⁃STEM成像揭示了薄膜中的层状BiO^(+)面缺陷有助于稳定畴壁面为(100)型的类180°畴结构,并在这种新型的180°畴壁和LaAlO_(3)界面相交区域诱导形成了半涡旋和极化涡旋拓扑结构。

锆钛酸铅薄膜的铁电疲劳微观机理及其耐疲劳性增强

铁电随机存储器(ferroelectric random access memory,FeRAM)因其卓越的数据存储性能与非易失性存储特性等优势而备受关注,但其自身固有的铁电疲劳失效问题制约了FeRAM进一步的发展和商业化应用.FeRAM的疲劳失效与铁电薄膜的畴壁运动密切相关,但其内在疲劳机理仍有待深入研究.本文采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理计算方法,研究了锆钛酸铅(Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_(3),PZT)的疲劳失效机理并提出了增强其耐疲劳性能的方法.计算结果表明:PZT中氧空位与180°畴壁运动的耦合是其铁电疲劳的内在原因,PZT铁电薄膜中越靠近畴壁的地方越容易形成氧空位,畴壁处大量氧空位对畴壁运动的“钉扎”作用使畴壁迁移困难,抑制了其极化反转最终导致了铁电疲劳;Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)(BMN)缓冲层的存在可吸收PZT中的氧空位,降低畴壁处的氧空位浓度,提升其耐疲劳性能.实验结果表明,经过10^(10)次极化反转后,PZT铁电薄膜的剩余极化值降低了51%,而PZT/BMN薄膜的剩余极化值仅降低了18%;经过10^(12)次极化反转后,PZT/BMN薄膜的剩余极化值仍保持有82%并持续稳定.以上结果表明,BMN缓冲层引入确实能提高PZT铁电薄膜的耐疲劳性,有望满足FeRAM商业化应用的需求.