哈工大深圳校区陈祖煌教授、刘兴军教授团队在铁电/多铁薄膜领域取得新突破

哈工大全媒体（马晓雪 陈祖煌 文/图）近日，哈工大深圳校区材料科学与工程学院陈祖煌教授、刘兴军教授团队在细胞（Cell）出版社材料科学旗舰期刊《物质》（Matter）上发表研究成果《应变诱导无铅多铁固溶体实现性能提升和维加德定律的显著偏离》（Large enhancement of properties in strained lead-free multiferroic solid solutions with strong deviation from Vegard’s law）。该研究破解了传统固溶体受到教科书里维加德定律（Vegard’s Law）的限制，在固溶体薄膜中实现了1+1>2，实现性能的大幅提升。

BiFeO₃是目前少有的单相多铁材料，因其在低功耗铁电/多铁存储与逻辑器件等领域的潜在应用而倍受关注。然而，BiFeO₃薄膜严重的漏电问题会极大地影响存储器件的稳定性和能耗。通过与BaTiO₃形成连续固溶体(BiFeO₃-BaTiO₃)可大幅降低BiFeO₃薄膜漏电流。块体BiFeO₃-BaTiO₃固溶体本征的物理性质（如铁电极化和居里温度等）因具有低极化和低居里温度BaTiO₃的引入较BiFeO₃有大幅下降。因此，这种传统的固溶体策略很难将材料的多种优势结合起来。

团队利用固溶体掺杂和外延应变的协同效应，在BiFeO₃-BaTiO₃固溶体薄膜中获得的c/a、极化强度、居里温度分别高达1.11、107μC/cm²、880℃，这不仅远高于对应的固溶体块体，而且远高于同样应变下BiFeO3和BaTiO₃两个单组元薄膜。此外，与BiFeO₃薄膜相比，固溶体薄膜的漏电流密度最高下降了4个数量级并且其磁化强度为BiFeO₃薄膜的4倍。该研究工作不仅表明BiFeO₃-BaTiO₃固溶体外延薄膜在高温无铅铁电/多铁领域具有广阔的应用前景，而且也为设计新型高性能和高温无铅铁电/多铁体系提供了新的策略。

哈工大深圳校区为论文第一完成单位。哈工大深圳校区材料科学与工程学院博士研究生王涛和中国科学院沈阳金属研究所邹敏杰博士为本论文共同第一作者。哈工大深圳校区教授陈祖煌、刘兴军，中国台湾阳明交通大学教授郭昌洋，南京大学教授杨玉荣和中国科学院沈阳金属研究所研究员马秀良为论文通讯作者。 

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.09.018

显著增强的四方性与大偏离的Vegard’s Law

显著提升的铁电性与磁性