近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心在復(fù)雜氧化物大面積外延薄膜生長領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以Large-scale multiferroic complex oxide epitaxy with magnetically switched polarization enabled by solution processing（《大面積磁致鐵電翻轉(zhuǎn)多鐵復(fù)雜氧化物外延薄膜的溶液法制備》）為題發(fā)表在自然科學(xué)領(lǐng)域期刊National Science Review（《國家科學(xué)評論》）上。深圳先進(jìn)院納米調(diào)控研究中心博士生劉聰為論文第一作者，客座博士生安峰為共同第一作者，深圳先進(jìn)院納米調(diào)控研究中心主任李江宇、副研究員賈婷婷、博士鐘高闊及湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授謝淑紅為共同通訊作者。

　　在新材料研究中，外延應(yīng)力調(diào)控和化學(xué)組分調(diào)控是兩種主要手段。一方面，襯底外延應(yīng)力調(diào)控下制備的高質(zhì)量單晶外延薄膜為許多基礎(chǔ)物理機(jī)制的研究提供了干凈的體系，并且具有介電、應(yīng)變、尺寸效應(yīng)等多種調(diào)控維度，對納米器件的設(shè)計(jì)與制備也具有重要的意義。另一方面，通過調(diào)節(jié)化學(xué)組分摻雜得到的復(fù)雜氧化物體系常常顯示出優(yōu)異的性能，例如HgBaCaCuO體系中的高溫超導(dǎo)現(xiàn)象、LaCaMnO體系中的巨磁阻效應(yīng)、KNNS-BZ-BKH體系中的巨壓電效應(yīng)，以及BTFM-CTO體系中的室溫磁電耦合效應(yīng)等。

　　然而魚與熊掌往往不可兼得，對于目前普遍用于外延薄膜生長的物理氣相沉積技術(shù)，要制備復(fù)雜氧化物外延薄膜十分困難，面臨著工藝探索周期長、生長窗口窄、參數(shù)穩(wěn)定性低等諸多問題。

　　李江宇課題組發(fā)展了適用于(1-x)BiTi_(1-y)/2Fe_yMg_(1-y)/2O₃-(x)CaTiO₃(BTFM-CTO)體系室溫多鐵固溶體的溶液法大面積外延薄膜制備工藝，充分體現(xiàn)了溶膠凝膠法簡單快速、成本低廉、成分調(diào)控均勻靈活等特點(diǎn)。在復(fù)雜氧化物外延薄膜研究及應(yīng)用方面展現(xiàn)出巨大的潛力和優(yōu)勢，并易于與工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，助力提升新型復(fù)雜氧化物材料器件化的發(fā)展速度。

　　研究者使用掃描透射電鏡（STEM）、壓電力顯微鏡（PFM）、二次諧波發(fā)射（SHG）等測試手段，從不同的空間尺度表征了BTFM-CTO室溫下的強(qiáng)自發(fā)鐵電極化；結(jié)合X射線磁圓二色譜（XMCD）、極化中子反射（PNR）、超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）多種磁性測試方法，充分證明了其室溫弱鐵磁性質(zhì)，并通過VFM-PFM觀察到BTFM-CTO外延薄膜在外加磁場變化下的面內(nèi)極化翻轉(zhuǎn)。

　　BTFM-CTO固溶體在準(zhǔn)同型相界附近的強(qiáng)鐵電極化和室溫弱鐵磁性以及新穎的磁電耦合現(xiàn)象，為室溫多鐵材料的研究指引了新的方向和目標(biāo)。對于磁控電物理機(jī)制的探索將是該體系中最為重要的物理問題，亦為研究者提供了新型磁電耦合器件設(shè)計(jì)的空間。

　　上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金等的資助。

　　論文鏈接 

　　溶液法制備室溫多鐵外延薄膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征