新方法制備高宏觀鐵電性能薄膜

溫才妃

北京科技大學新材料技術研究院、北京材料基因工程高精尖創新中心研究團隊設計了一種新型層狀結構材料，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，薄膜穩定呈現出高宏觀鐵電性能。

原子尺度的高密度電子器件在未來科技發展中具有重要意義。其中，高質量原子尺度鐵電外延薄膜的制備是超尺度、高密度電子器件發展的關鍵環節。

課題組確立了Bi6O9層狀結構，該結構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定的結構。他們通過引入釤元素有效穩定了低維下的層狀結構。低至1納米時，該結構仍然穩定存在，并且呈現出標準鐵電滯回線以及優異的鐵電性能。當該結構厚度為1～4.56納米時，具有較大的鐵電剩余極化。壓電響應力顯微鏡測試結果呈現出明顯的相翻轉。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力導致的，因而具有穩定的鐵電性能。

該研究的溶液工程外延薄膜技術可以在多種基底上實現該體系層狀結構薄膜。薄膜和基底呈現明顯的外延生長關系，并且所得薄膜具有高結晶質量和原子級平整表面，體現了這項制備技術的普適性。