来源 | 纳米人
第一作者：Linxing Zhang
通讯作者：Jun Chen、Xianran Xing
通讯单位：北京科技大学
研究亮点：
1. 发展了一种切实可行的新型相间应力构建策略
2. 实现了铁电极化性能的新高度
众做周知，应力对材料的基本性能具有重要影响。通过应力调控，可以有效增强 各种功能材料的应用性能，譬如磁电阻、超导体、铁电体、反铁磁体等等。
在所有应力铁电体中，四方结构的钙钛矿氧化物具有较大的极化值以及较高的居里温度，从而具有较大偶极矩。然而，这些材料非常稀缺，人工合成条件又十分苛刻。
有鉴于此，北京科技大学Jun Chen和Xianran Xing团队报道了一种切实可行的相间应力构建策略，在超四方薄膜的中实现了巨大的极化性能。
图1. 外延生长薄膜的原子结构
研究人员选取具有相似晶体结构，不同晶格参数的的2种材料PbTiO3和PbO，经过在SrTiO3基底外延复合生长形成晶界。晶界处两种材料的晶格参数进行匹配，这样，材料之间形成各向同性的拉伸应力或者压缩应力，从而产生巨大的相间应力。
研究表明，由此方法制得的材料面内-面外晶格常数比例为1.238，而体相材料中仅为1.065。薄膜剩余极化值高达236.3 μC/cm2，是目前已知铁电体的2倍。另外，这种四方相非常稳定，725℃都不会发生相变；而体现材料的相转变温度为490℃。
图2. 外延生长薄膜的晶体结构
图3. PbTiO3/PbO界面理论计算
图4. 外延生长薄膜的性能
总之，这种相间应力策略为有效增强材料的功能性提供了全新的思路，并为材料设计提供了新的指导：
1） 相间应力不仅能够提供各向同性的拉伸应变，还能提供各向同性的压缩应变。
2）应力级别可以通过调控材料组成实现。
3）薄膜中应力的生成可以和所选择的基底材料无关。
参考文献：
Linxing Zhang1, Jun Chen, Xianran Xinget al. Giant polarization in super-tetragonal thin films through interphasestrain. Science 2018, 361, 494-497
DOI: 10.1126/science.aan2433
http://science.sciencemag.org/content/361/6401/494