可控应力的BiFeO3薄膜铁电性能研究

由于铁电薄膜中应力/性能的强耦合作用，研究应力对铁电性能的调制机制，不仅可以深入理解其耦合机理，同时也为铁电材料的应用提供了剪裁工具。与常用的薄膜厚度控制、基片腐蚀等改变薄膜应力状态的方法相比，本项目提出了一种薄膜可控应力的新方法，即在同一个样品中可以实现可控的应力状态。借助于界面工程，复合多铁性材料的应力/应变可以由压电/磁致伸缩材料界面传递来实现。我们选择了沉积在磁致伸缩衬底上BiFeO3薄膜作为研究体系，通过施加不同强度的磁场对磁致伸缩产生原位、连续可控的磁致伸缩应力，由界面传递给BiFeO3铁电薄膜，从而可以在同一样品中实现对BiFeO3薄膜可控应力的应力调制研究。通过本项目的实施，可以深入研究BiFeO3薄膜的应力调制机制，同时提供了一种新的对铁电薄膜材料广泛适用的实现原位、连续可控应力的概念和方法。

单相BiFeO3铁电材料具有远高于室温的反铁磁奈尔温度(643 K)和铁电居里温度(1103 K)，是目前唯一在室温条件下同时具有铁电铁电性和铁磁性的单相多铁性材料，引起了研究者的广泛关注。由于铁电薄膜中应力/性能的强耦合作用，研究应力对铁电性能的调制机制，不仅可以深入理解其耦合机理，同时也为铁电材料的应用提供了剪裁工具。通过研究不同应力状态下BiFeO3薄膜的电学性能，发现应力可有效调控薄膜的铁电性能、介电性能和光电性能。同时，还研究光照、电场对BiFeO3薄膜电阻状态的调控规律。通过本研究，掌握了影响BiFeO3薄膜铁电性能的主要因素，理解了外场调控BiFeO3薄膜物性的基本物理机制。