科學(xué)家在鐵電超薄薄膜中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)極化可持續(xù)

　　近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室馬秀良研究員、朱銀蓮研究員及博士生張思瑞等人在超薄鐵電薄膜中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)極化的可持續(xù)性現(xiàn)象。

　　鐵電體是某些晶體在一定的溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可以因外電場方向的反向而反向，晶體的這種性質(zhì)稱為鐵電性，具有鐵電性的晶體稱為鐵電體。超薄鐵電體在超級電容器等微納電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。早在上世紀(jì)70年代人們就認(rèn)識到鐵電薄膜中存在著一個(gè)臨界尺寸，當(dāng)薄膜厚度小于這個(gè)臨界尺寸時(shí)，退極化場的存在使得鐵電薄膜的極化降低或者消失。如何維持并進(jìn)一步增強(qiáng)一定厚度范圍內(nèi)超薄鐵電體的極化是該領(lǐng)域長期以來面臨的基礎(chǔ)性科學(xué)難題。

　　金屬所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室固體原子像研究部的界面結(jié)構(gòu)研究團(tuán)隊(duì)長期致力于材料基礎(chǔ)科學(xué)問題的電子顯微學(xué)研究，經(jīng)過多年的學(xué)術(shù)積累，他們在解決上述科學(xué)難題方面取得重要進(jìn)展。馬秀良研究員、朱銀蓮研究員和博士生張思瑞等人提出充分利用異質(zhì)界面兩側(cè)不同的自由度，并且利用電極能夠屏蔽退極化場的存在等原理，構(gòu)筑了PbTiO3/La 0.7 Sr 0.3 MnO3鐵電電極界面體系。利用具有亞埃尺度分辨能力的像差校正透射電子顯微術(shù)，發(fā)現(xiàn)不同厚度的PbTiO3超薄薄膜自界面至表面均存在著面外晶格常數(shù)增強(qiáng)的現(xiàn)象，更進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，對于1.2nm 厚的PbTiO3薄膜，其極化強(qiáng)度增大到50μC cm−2，隨著薄膜厚度逐漸增加，極化也隨之增大;當(dāng)薄膜厚度大于等于10nm 時(shí)，極化強(qiáng)度可達(dá)到100μC cm−2，遠(yuǎn)超出塊體極化值。基于X射線光電子譜分析，提出異質(zhì)界面極化巨大增強(qiáng)的電荷傳遞機(jī)制。該研究結(jié)果不僅解決了10納米以下厚度范圍超薄鐵電體極化可維持性的難題，也為探索新型鐵電界面效應(yīng)提供了嶄新思路，對發(fā)展超薄納米鐵電器件具有重要意義。