中国科学院金属研究所实现无铅铁电材料荷电畴壁可控构筑与铁性序调控

铁电材料中铁电畴壁是极化取向不同畴区的分界线，其结构和铁性序的特征区域一般为原子尺度，和铁电材料自身的对称性密切相关；不仅具备二维界面优势，更展现出与本征极化态显著不同的结构和特性，成为界面物性调控与功能集成的重要载体。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部唐云龙研究员指导博士研究生刘芳、陈双杰及硕士研究生樊雯雯等，与松山湖材料实验室马秀良研究员、朱银莲研究员开展合作研究，在无铅铁电材料中荷电畴壁构筑与铁性序调控方面取得系列研究进展。相关研究成果以'Emergent ferroic orders in SmMnO₃:NiO nanocomposites''Controllable Preparation of Millimeter-Scale In-Plane Charged Domain Wall in a Lead-Free Ferroelectric Film'和'Manipulating Charged Domain Wall Arrays in BiFeO₃ Films by Asymmetric Electrical Boundary Conditions'为题，分别发表于Acta Materialia、Advanced Science、ACS Nano杂志。

该系列研究成果实现了从原子尺度界面结构设计、极化构型调控到界面磁、电性能的耦合，推动了无铅铁电材料中荷电畴壁及多铁性功能界面的可控构筑研究：在Na₀.₅Bi₀.₅TiO₃及BiFeO₃薄膜中，通过热力学和非对称界面调控手段，实现了毫米尺度面内荷电畴壁和周期性荷电畴壁的可控构筑，为理解荷电畴壁稳定性及其后续器件集成打下基础；进一步成功制备了SmMnO₃:NiO无铅复合铁性薄膜，基于垂直异质结构的界面耦合机制，实现了室温铁电性与高转变温度铁磁性的协同调控，展现出构建多铁功能界面的应用潜力。

以上工作得到了金属所创新基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持。

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图1. SmMnO₃:NiO薄膜的铁电铁磁性能研究

图2. Na₀.₅Bi₀.₅TiO₃薄膜面内二维大尺度荷电畴壁原子与极化特性