复杂氧化物单晶外延膜，如今溶液甩着长！ | NSR研究论文学术资讯

来源：中国科学杂志社

在新材料研究中，外延应力调控和化学组分调控是两种常用手段。一方面，衬底外延应力调控下制备的高质量单晶外延薄膜为许多基础物理机制的研究提供了干净的体系，并且具有介电、应变、尺寸效应等多种调控维度，对纳米器件的设计与制备也具有重要的意义。另一方面，通过调节化学组分掺杂得到的复杂氧化物体系常常显示出优异的性能，例如HgBaCaCuO体系中的高温超导现象、LaCaMnO体系中的巨磁阻效应、KNNS-BZ-BKH体系中的巨压电效应，以及BTFM-CTO体系中的室温磁电耦合效应等。

然而鱼与熊掌往往不可兼得。目前普遍用于外延薄膜生长的物理气相沉积技术，要制备成分精确控制的复杂氧化物外延薄膜十分困难，面临着工艺探索周期长、生长窗口窄、参数稳定性低等诸多困难。而擅长组分调控的溶液法，则很难生长出高质量的单晶外延薄膜。今年早些时候，美国团队在Science发表的一篇溶液生长外延薄膜论文，成分就非常简单，而且其外延属性也存在争议，最近还被中国学者在Science上评论。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院李江宇教授课题组，发展了适用于(1-x)BiTi(1-y)/2FeyMg(1-y)/2O3-(x)CaTiO3 (BTFM-CTO) 体系室温多铁固溶体的溶液法大面积单晶外延薄膜制备工艺。特别值得一提的是，该溶液法生长的单晶外延薄膜，成分非常复杂，而薄膜质量接近PLD，原子尺度的界面在高分辨扫描透射电镜下清晰可见。

该工作充分体现了溶胶凝胶法简单快速、成本低廉、成分调控均匀灵活等特点，在复杂氧化物外延薄膜研究及应用方面展现出巨大的潜力和优势，并易于与工业生产相结合，助力提升新型复杂氧化物材料器件化的发展速度。相关成果在线发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。

溶液法制备室温多铁外延薄膜的结构和性质表征

研究者使用扫描透射电镜（STEM）、压电力显微镜（PFM）、二次谐波发射（SHG）等测试手段，从不同的空间尺度表征了BTFM-CTO室温下的强自发铁电极化；结合X射线磁圆二色谱（XMCD）、极化中子反射（PNR）、超导量子干涉仪（SQUID）多种磁性测试方法，充分证明了其室温弱铁磁性质；并通过VFM-PFM观察到BTFM-CTO外延薄膜在外加磁场变化下的面内极化翻转。

BTFM-CTO固溶体在准同型相界附近的强铁电极化和室温弱铁磁性以及新颖的磁电耦合现象，为室温多铁材料的研究引入了新的方向和目标，对于磁控电物理机制的探索将是该体系中最为重要的物理问题，亦为研究者提供了新型磁电耦合器件设计的空间。

文章信息：

Large-scale multiferroic complex oxide epitaxy with magnetically switched polarization enabled by solution processing

https://doi.org/10.1093/nsr/nwz143

来源：scichina1950 中国科学杂志社

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