【儀表網 研發快訊】近日，哈工大深圳校區材料科學與工程學院陳祖煌教授、劉興軍教授團隊在細胞(Cell)出版社材料科學旗艦期刊《物質》(Matter)上發表研究成果《應變誘導無鉛多鐵固溶體實現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)。該研究破解了傳統固溶體受到教科書里維加德定律(Vegard’s Law)的限制，在固溶體薄膜中實現了1+1>2，實現性能的大幅提升。
 

　　BiFeO3是目前少有的單相多鐵材料，因其在低功耗鐵電/多鐵存儲與邏輯器件等領域的潛在應用而倍受關注。然而，BiFeO3薄膜嚴重的漏電問題會極大地影響存儲器件的穩定性和能耗。通過與BaTiO3形成連續固溶體(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(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，這種傳統的固溶體策略很難將材料的多種優勢結合起來。
 

　　團隊利用固溶體摻雜和外延應變的協同效應，在BiFeO3-BaTiO3固溶體薄膜中獲得的c/a、極化強度、居里溫度分別高達1.11、107μC/cm2、880℃，這不僅遠高于對應的固溶體塊體，而且遠高于同樣應變下BiFeO3和BaTiO3兩個單組元薄膜。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個數量級并且其磁化強度為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無鉛鐵電/多鐵領域具有廣闊的應用前景，而且也為設計新型高性能和高溫無鉛鐵電/多鐵體系提供了新的策略。
 

　　哈工大深圳校區為論文第一完成單位。哈工大深圳校區材料科學與工程學院博士研究生王濤和中國科學院沈陽金屬研究所鄒敏杰博士為本論文共同第一作者。哈工大深圳校區教授陳祖煌、劉興軍，中國臺灣陽明交通大學教授郭昌洋，南京大學教授楊玉榮和中國科學院沈陽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)
 

顯著增強的四方性與大偏離的Vegard’s Law
 

顯著提升的鐵電性與磁性