科學家在鐵電超薄薄膜中發(fā)現(xiàn)強極化可持續(xù)

　　近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯(lián)合)實驗室馬秀良研究員、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域有著廣泛的應用前景。早在上世紀70年代人們就認識到鐵電薄膜中存在著一個臨界尺寸，當薄膜厚度小于這個臨界尺寸時，退極化場的存在使得鐵電薄膜的極化降低或者消失。如何維持并進一步增強一定厚度范圍內(nèi)超薄鐵電體的極化是該領域長期以來面臨的基礎性科學難題。

　　金屬所沈陽材料科學國家(聯(lián)合)實驗室固體原子像研究部的界面結構研究團隊長期致力于材料基礎科學問題的電子顯微學研究，經(jīng)過多年的學術積累，他們在解決上述科學難題方面取得重要進展。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，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)增強的現(xiàn)象，更進一步發(fā)現(xiàn)，對于1.2nm 厚的PbTiO3薄膜，其極化強度增大到50μC cm−2，隨著薄膜厚度逐漸增加，極化也隨之增大;當薄膜厚度大于等于10nm 時，極化強度可達到100μC cm−2，遠超出塊體極化值?；赬射線光電子譜分析，提出異質(zhì)界面極化巨大增強的電荷傳遞機制。該研究結果不僅解決了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。