于浦研究组在铁酸铋中电致相变研究方面取得进展

2015年12月18日

铁电薄膜因其非挥发性的铁电极化以及显著的压电特性而在现代工业,尤其是在超声换能、精密传感以及信息存贮等领域扮演着重要角色。在铁电研究中,一个核心问题是其晶格相变和铁电畴翻转对于铁电特性的影响。传统研究中,晶格相变等宏观特性的研究往往依赖于中子和x射线等散射手段,而畴结构及其翻转等的微观尺度研究则依赖于具有纳米尺度分辨能力的扫描探针显微镜。而一直以来,能够同时建立晶体相变和畴结构、翻转之间关联实验手段的缺失,使得当前的铁电的研究中,尤其是与相界/畴结构密切相关的弹性异常、压电响应增强等物性研究缺乏确凿的实验证据。

    最近,物理系低维量子物理国家重点实验室于浦课题组与美国橡树岭国家实验室和美国宾州州立大学的研究人员一起通过采用“带激励”弹性/压电响应谱(图a)揭示了在铁酸铋薄膜样品上外加电场下引起的菱形相到四方相的相变现象以及物理机制。通过对带场和零场下压电动力学以及晶体结构形变的对比研究,他们发现在电场导致的相变过程中伴随着30%以上的杨氏模量的软化以及2到3倍的压电特性的显著增强(如图b、c)。借助相场模拟,他们进一步讨论了在相变过程中,铁电翻转以及畴结构形成的关联效应(如图d、e),为该工作中的电场诱导的相变结果提供了有力的理论支撑。

    该项研究不但突出的揭示了多铁性模型体系铁酸铋中尚未发现的巨大的电场可调的弹性特性以及显著的压电特性,为未来的铁电和多铁研究开辟了一个全新的发展空间,同时也为研究其它材料相变过程中的弹性异常现象提供了一个有效的实验手段。

                                                                    

     研究成果以“Giant elastic tunability in strained BiFeO3 near an electrically-induced phase transition”为题发表在Nature Communications 。原文链接:http://www.nature.com/ncomms/2015/151124/ncomms9985/full/ncomms9985.html