近日，哈工大土木学院路晓艳副教授、深圳研究生院陈祖煌教授和美国多个高校合作首次在铁电外延薄膜中观察到类似“多米诺”式大面积铁弹翻转，研究结果于9月2日在Nature 子刊Nature Communications在线发表。论文题目为“Mechanical force-induced, non-local, and collective ferroelastic switching in epitaxial lead titanate thin films”。

论文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-019-11825-2

铁电材料在信息存储、能源转换和传感驱动等领域具有广泛的应用，属于国家重点发展的战略性先进电子材料。铁电材料中的铁弹畴翻转伴随着大的应变及物理突变效应，降低铁弹畴的极化反转能垒，对开发低功耗存储器、高灵敏度传感和驱动器等纳电子器件具有重要价值。然而，铁电外延薄膜因受衬底应变夹持作用，铁弹畴翻转往往被抑制。

针对铁电薄膜中铁弹翻转被限制的瓶颈问题，哈尔滨工业大学土木学院路晓艳副教授通过理论预测，设计衬底应变、调控畴结构共存状态，首次实验发现两种畴结构的纳米尺度共存和协同翻转效应。研究结果发现，仅600纳牛的探针力可驱动大面积畴翻转（图1）。在陈祖煌教授建议下，又实现了单一面外电场即可驱动铁电极化从面外向面内翻转的多物理状态调控（图2）。

图1  铁电薄膜中的力致非局域、大面积弹性畴翻转

图2  铁电薄膜中的面外电压对极化翻转的分阶调控

在铁电薄膜中实现大面积铁弹翻转，有望在低电场驱动、高灵敏度及多物理状态的存储器件和微纳功能器件中具有重要应用。

我校为论文第一署名单位，我校土木学院路晓艳副教授为论文第一作者，并与陈祖煌教授以及加州大学伯克利分校Lane Martin教授为论文共同通讯作者。参与研究的还有德克萨斯大学阿灵顿分校、阿贡国家实验室、劳伦斯国家实验室、宾夕法尼亚州立大学等学者。该论文研究受到国家自然科学基金、国家重点研发计划等多项基金的资助。

PDF全文链接：https://rdcu.be/bP5Ug

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