EuTiO3:MgO垂直有序结构中的负压力构建及多铁性调控研究
批准号:
11704272
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
赵润
依托单位:
学科分类:
铁电与多铁体系
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘国珍、颜长、王彬、贺安鹏
中文摘要
压力作为钙钛矿薄膜晶格畸变和能带重构的有效方式,已在多铁性研究和光电子器件中被广泛应用。其中正压力(界面二维应变)因其较窄的应变范围已成物性调控难以突破的瓶颈,因此改变压力作用方式成为了该领域的前沿问题。负压力则是通过晶格三维膨胀引发材料内部离子偏移和键角改变以实现物性调控,理论上具有更宽的压力范围和更强的物性调控效果。本项目计划在PMN-PT衬底上制备具有垂直有序结构的EuTiO3:MgO(ETO:MgO)复合薄膜,利用PMN-PT的水平电致伸缩与垂直界面的晶格失配,为单相ETO材料提供连续可调的负压力。系统地研究此体系中垂直结构演化、负压力形成机理和铁磁-铁电性质调控等基本问题。在此基础上,分别从宏观和微观的角度构建负压力调控ETO相自旋-晶格耦合的物理模型。本项目不仅能为揭示垂直结构中负压力对多铁性质的调控机理提供实验和理论依据,而且可为材料物性优化及器件性能升级提供新的技术手段。
英文摘要
Pressure shows a significant application on multiferroics and optoelectronics due to its tuning effect on the crystal distortion and electronic reconstruction of the perovskite films. However, the narrower range of the positive pressure (lateral strain) leads to the restriction on the modification of the properties. Recently, how to change the way of the pressure has become the frontier in this field. In contrast, the negative pressure (NP) can enable the lattice expansion in three mutually perpendicular directions, obtaining the purpose of enhancing the pressure intensity and the properties of the material by the alteration of the ion displacement and the bond angle..This project aims to fabricate the vertical-aligned EuTiO3:MgO (ETO:MgO) nanocomposite thin films, and combine the electrostrictive in PMN-PT substrate and the lattice mismatch in vertical interface to generate the continuously adjustable NP. Then, we plan to systemically study the fundamental problems of vertical structure evolution, NP formation mechanism and multiferroic modification. Furthermore, the physical model of negative-pressure-manipulated spin-lattice coupling in the ETO can be better explored in the view of macroscopy and microscopy. The project not only lays a foundation to deepen the understanding of the coupling mechanism between the NP and multiferroic in the vertical-aligned structure, but also demonstrates that NP as a controlling effect can be a new path to enhance the functionality of materials and upgrade the usage of devices.
钙钛矿材料EuTiO3具有特殊的反常霍尔效应和多铁调制效应而受到广泛关注。其物性调控手段主要为水平应变或者阳离子掺杂等,这些方式在磁电耦合和结构相变等研究中存在着局限性。本研究通过构建垂直有序EuTiO3:MgO(ETO:MgO)薄膜,在ETO相上实现了多铁性质的负压力调控效应。首先,借助脉冲激光沉积法制备了高质量的ETO:MgO外延薄膜,并确定了ETO相的三轴晶格常数和外延关系。通过高分辨透射电镜(TEM)观测到两相垂直间隔的微结构,具体为刚性MgO纳米柱嵌入在ETO基体中。其次,结合第一性原理计算确定了该薄膜中负压力强度约为-2.4GPa,进而导致ETO相受到面外张应变,而面内则为微小的压应变。在负压力的作用下,ETO相的两个隐性结构相变点处导电机理发生了改变,由空间限制导电转变为界面限制导电,在此基础上,我们研究了垂直有序结构-负压力-导电机理之间的耦合机制。最后,测得了ETO相的铁磁-铁电序及其居里温度,并证明了Ti离子偏移导致的Eu-Ti-Eu超交换作用减弱和面外极化强度增强分别是铁磁和铁电性产生的原因。同时在铁磁-铁电序共存温区,观察到磁致伸缩诱导的磁介电异常变化规律。本项目支持的研究不仅有利于加深对ETO材料晶体结构和多铁性质的理解,而且提供了负压力作为一种全新多铁调控的途径,对多铁材料拓展及其器件性能提升具有重要的指导意义。
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A comparison study of electronical and photoelectrical properties of electron gases at (100), (110) and (111) LaAlO3/SrTiO3 interfaces
(100)、(110)和(111)LaAlO3/SrTiO3界面电子气电子和光电性质的比较研究
DOI:
10.1088/1361-6463/ab5c66
发表时间:
2020
期刊:
Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:
--
作者:
[Liu G. Z., Chen J. Q., Jiang Y. C., Zhao R., Qiu J., Gao J.]
通讯作者:
Gao J.
DOI:
10.1063/1.5096833
发表时间:
2019
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Zhao Run, Chen Yu, Ji Y, a, Li Weiwei, Chen Li, He Anpeng, Lu Hao, Zhao Meng, Yao Jinlei, Jiang Yucheng, Liu Guozhen, Gao Ju, Wang Haiyan, Yang Hao]
通讯作者:
Yang Hao
Fabricating an optimal rutile TiO2 electron transport layer by delicately tuning TiCl4 precursor solution for high performance perovskite solar cells
通过精细调整高性能钙钛矿太阳能电池的 TiCl4 前体溶液制造最佳金红石 TiO2 电子传输层
DOI:
10.1016/j.nanoen.2019.104336
发表时间:
2020-02-01
期刊:
NANO ENERGY
影响因子:
17.6
作者:
[Lu, Hao, Zhong, Junyu, Li, Chang Ming]
通讯作者:
Li, Chang Ming
Electric-field-induced photoconductivity and resistance switching in Fe-doped amorphous carbon/PMN-PT heterostructures
Fe 掺杂非晶碳/PMN-PT 异质结构中的电场诱导光电导和电阻切换
DOI:
10.1088/2053-1591/aae3a7
发表时间:
2018-09
期刊:
Materials Research Express
影响因子:
2.3
作者:
[Jiang Y. C., He A. P., Wang L., Zhao R., Liu G. Z., Wang B., Huang J., Wang L. J., Gao J.]
通讯作者:
Gao J.
Fluorination-enhanced photoconductive effect in a wide band gap Ca3Ti2O7-xFx thin films
宽带隙 Ca3Ti2O7-xFx 薄膜中的氟化增强光电导效应
DOI:
10.1088/2053-1591/abd0a4
发表时间:
2020
期刊:
Materials Research Express
影响因子:
2.3
作者:
[Lu Hao, Yang Yang, Luo Zhongshen, Wu Sihui, Ji Y, a, Li Yang, Zhang Jinlei, Liu Guozhen, Jiang Yucheng, Yang Hao, Ma Chunlan, Zhao Run, Gao Ju]
通讯作者:
Gao Ju
共 20 条
垂直界面2DEG/EuTiO3电控磁性的光致增强机理研究
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批准号:12374090
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项目类别:面上项目
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资助金额:53.00万元
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批准年份:2023
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负责人:赵润
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依托单位:
国内基金
海外基金