新方法制備高宏觀鐵電性能薄膜

溫才妃

北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院、北京材料基因工程高精尖創(chuàng)新中心研究團(tuán)隊設(shè)計了一種新型層狀結(jié)構(gòu)材料，采用一種簡單的溶液外延生長方法，獲得了超薄（低至1納米）鉍（Bi）氧（O）化物薄膜，薄膜穩(wěn)定呈現(xiàn)出高宏觀鐵電性能。

原子尺度的高密度電子器件在未來科技發(fā)展中具有重要意義。其中，高質(zhì)量原子尺度鐵電外延薄膜的制備是超尺度、高密度電子器件發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

課題組確立了Bi6O9層狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的生成能明顯低于其他化合物，而且具有較寬的禁帶寬度和最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。他們通過引入釤元素有效穩(wěn)定了低維下的層狀結(jié)構(gòu)。低至1納米時，該結(jié)構(gòu)仍然穩(wěn)定存在，并且呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)鐵電滯回線以及優(yōu)異的鐵電性能。當(dāng)該結(jié)構(gòu)厚度為1～4.56納米時，具有較大的鐵電剩余極化。壓電響應(yīng)力顯微鏡測試結(jié)果呈現(xiàn)出明顯的相翻轉(zhuǎn)。密度泛函理論指出，阿該薄膜的鐵電性是由Bi-O孤對電子引起而不是基底應(yīng)力導(dǎo)致的，因而具有穩(wěn)定的鐵電性能。

該研究的溶液工程外延薄膜技術(shù)可以在多種基底上實(shí)現(xiàn)該體系層狀結(jié)構(gòu)薄膜。薄膜和基底呈現(xiàn)明顯的外延生長關(guān)系，并且所得薄膜具有高結(jié)晶質(zhì)量和原子級平整表面，體現(xiàn)了這項制備技術(shù)的普適性。