【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，哈工大深圳校區(qū)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳祖煌教授、劉興軍教授團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞(Cell)出版社材料科學(xué)旗艦期刊《物質(zhì)》(Matter)上發(fā)表研究成果《應(yīng)變誘導(dǎo)無(wú)鉛多鐵固溶體實(shí)現(xiàn)性能提升和維加德定律的顯著偏離》(Large enhancement of properties in strained lead-free multiferroic solid solutions with strong deviation from Vegard’s law)。該研究破解了傳統(tǒng)固溶體受到教科書(shū)里維加德定律(Vegard’s Law)的限制，在固溶體薄膜中實(shí)現(xiàn)了1+1>2，實(shí)現(xiàn)性能的大幅提升。
 

　　BiFeO3是目前少有的單相多鐵材料，因其在低功耗鐵電/多鐵存儲(chǔ)與邏輯器件等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而倍受關(guān)注。然而，BiFeO3薄膜嚴(yán)重的漏電問(wèn)題會(huì)極大地影響存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定性和能耗。通過(guò)與BaTiO3形成連續(xù)固溶體(BiFeO3-BaTiO3)可大幅降低BiFeO3薄膜漏電流。塊體BiFeO3-BaTiO3固溶體本征的物理性質(zhì)(如鐵電極化和居里溫度等)因具有低極化和低居里溫度BaTiO3的引入較BiFeO3有大幅下降。因此，這種傳統(tǒng)的固溶體策略很難將材料的多種優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。
 

　　團(tuán)隊(duì)利用固溶體摻雜和外延應(yīng)變的協(xié)同效應(yīng)，在BiFeO3-BaTiO3固溶體薄膜中獲得的c/a、極化強(qiáng)度、居里溫度分別高達(dá)1.11、107μC/cm2、880℃，這不僅遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)的固溶體塊體，而且遠(yuǎn)高于同樣應(yīng)變下BiFeO3和BaTiO3兩個(gè)單組元薄膜。此外，與BiFeO3薄膜相比，固溶體薄膜的漏電流密度最高下降了4個(gè)數(shù)量級(jí)并且其磁化強(qiáng)度為BiFeO3薄膜的4倍。該研究工作不僅表明BiFeO3-BaTiO3固溶體外延薄膜在高溫?zé)o鉛鐵電/多鐵領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而且也為設(shè)計(jì)新型高性能和高溫?zé)o鉛鐵電/多鐵體系提供了新的策略。
 

　　哈工大深圳校區(qū)為論文第一完成單位。哈工大深圳校區(qū)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生王濤和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬研究所鄒敏杰博士為本論文共同第一作者。哈工大深圳校區(qū)教授陳祖煌、劉興軍，中國(guó)臺(tái)灣陽(yáng)明交通大學(xué)教授郭昌洋，南京大學(xué)教授楊玉榮和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬研究所研究員馬秀良為論文通訊作者。哈工大全媒體(馬曉雪 陳祖煌 文/圖)
 

顯著增強(qiáng)的四方性與大偏離的Vegard’s Law
 

顯著提升的鐵電性與磁性