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铁电薄膜作为一类重要的多功能基础材料而倍受关注,在电子器件、信息技术、储能装置中有广泛的应用前景。钛酸铅和铁酸铋都是集铁电和压电等多种优异性能于一身的典型钙钛矿型材料,通过化学替代和应力工程的调控等途径可以有效对薄膜的结构和性能进行改良。本文以钛酸铅和铁酸铋为出发点,通过A位、B位不同元素替代和各向同性应力、基底双轴应力引入,采用不同的化学法和物理法制备出了一系列性能优异的铁电薄膜。系统的研究了化学替代和应力调控对钛酸铅基和铁酸铋基铁电薄膜的晶体结构、电子结构、晶格动力学、铁电性、铁磁性及铁电相关等性能的影响。首先研究不同元素取代对PbTiO3-BiMeO3体系的合成以及铁电等性能的影响。通过对PbTiO3-Bi(Zn1/2Zr1/2)O3, PbTiO3-Bi(Mg1/2Zr1/2)O3,PbTiO3-Bi(Mg1/2Ti1/2)O3三大薄膜体系的探索,不仅得到铁电性好、耐疲劳、温度稳定性好的铁电薄膜材料,还直接从实验的角度揭示Ti、Zn离子在PbTiO3-BiMeO3体系中的铁电活性分别大于Zr、Mg离子。同时在铁电体中首次通过高分辨X射线同步辐射直观揭示铁电极化复苏归因于畴结构的变化。通过“相界面”应力的引入,制备了大轴比的超四方PbTiO3复合外延薄膜。报道了目前铁电体中的最大剩余极化(236.3μC/cm2)。同时相转变温度从块体的490℃提高到了725℃。第一性原理计算、透射电镜、X射线吸收谱等手段观察和解释了“相界面”应力的作用和巨大极化的原因。第一次采用脉冲激光法(PLD)在A1203基底上成功制备了大轴比BiFe03的外延薄膜。通过变温同步辐射的测试,得到了薄膜的低膨胀特性。通过第一性原理计算、变温磁性等表征解释了低膨胀性的机理是铁电性、磁相转变、基底应力共同耦合的作用。采用Co和Ni对BiFe03基薄膜的取代,得到优异铁电性、巨大铁电阻变、可翻转的铁电光伏的多功能铁电薄膜。同时通过界面的调控,实现了铁电光伏信号三倍多的提高。