BiFeO3薄膜中的铁电畴壁: 了解它、操控它 | NSR研究论文

铁电材料具有优异的光电、压电和铁电性能，可应用于储能、开关、调制、能量转换等领域。铁电材料中不同铁电相(畴)之间的过渡区称为畴壁。铁电畴壁作为一种二维结构，具有不同于块体材料的独特的电学、磁学和力学性质，因此成为近年来的研究热点。

然而，在畴壁作为一个独立的单元应用于纳米电子器件之前，我们必须进一步了解其内在特性对畴壁运动和生长的影响，从而实现畴壁的控制和应用。

南京大学陆晓梅教授课题组与罗格斯大学、深圳先进技术研究所、中国科学院、华盛顿大学等机构合作，采用基于原子力显微镜的三维畴表征方法，观察并统计分析了外延BiFeO3薄膜中不同类型畴壁的动态特性。

研究人员发现，在(001)方向的铁酸铋外延膜中，具有不同充电特性(头对头、头对尾和尾对尾)的畴壁在外加电场的驱动下具有不同的迁移率。其中:

在低电压下，具有电中性的头-尾畴壁具有更大的迁移率，而总长度较长的带电畴壁(头-头和尾-尾)的移动受到带电缺陷的限制。在高电压下，带电的尾-尾畴壁的迁移率和平均长度最大。

结合高分辨率的x光光谱，上述现象被认为与带电畴壁的高成核能和低生长能有关。

(a)3.4 V和(b)5.8 V极化畴结构。从深到浅的四个灰度级分别代表不同偏振方向的域。头对头、头对尾和尾对尾的域名墙分别用橙色、浅蓝色和紫色线标记。

研究人员进一步设计了两步极化法，使用越来越小和越来越大的电场逐个扫描具有探针极性的薄膜表面，并产生排列细长的首尾相连的畴壁作为导电路径。畴壁的取向可以随着探针的扫描方向而改变，从而实现铁电畴壁的方向和形状控制。

两步极化法生成有序分布的拉长的首尾相连畴壁

这项工作揭示了畴壁迁移率与畴壁附近电荷积累状态之间的密切关系，揭示了铁电畴壁的微观操纵，对铁电畴壁在自旋电子学、存储和通信纳米器件领域的应用具有重要意义。

纸质信息

铁酸铋薄膜中铁电畴壁的动力学和操纵

https://doi.org/10.1093/nsr/nwz176

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