近日，北京師范大學(xué)物理系張金星教授組與比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)、 清華大學(xué)以及美國(guó)加州大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)合作，在 2 月 3 日刊出的《Nature Communications》上發(fā)表論文，闡述在層狀鈣鈦礦薄膜中的鐵彈性翻轉(zhuǎn)機(jī)制。論文的題目為“Ferroelastic switching in a layered-perovskite thin film”。
　　在鐵性材料（鐵電、多鐵）的單晶和薄膜體系中，由電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的非易失性彈性應(yīng)變可以為晶格序參量與其他的序參量例如極化，自旋以及軌道等序參量之間的耦合提供一個(gè)有效的途徑。這在未來的傳感、驅(qū)動(dòng)、信息存儲(chǔ)和磁電耦合等器件的低能耗性能的實(shí)現(xiàn)中起著關(guān)鍵的作用，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
　　然而，在器件集成的傳統(tǒng)四方相或者菱形相的鐵電薄膜結(jié)構(gòu)里面，通常由于襯底對(duì)鐵電薄膜的束縛，鐵電薄膜中產(chǎn)生鐵彈性應(yīng)變的鐵彈性疇翻動(dòng)力學(xué)過程被抑制，使得由電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的非易失性的鐵彈性應(yīng)變?cè)诒∧ぜ傻钠骷须y以實(shí)現(xiàn)。目前在鐵電薄膜結(jié)構(gòu)里實(shí)現(xiàn)彈性應(yīng)變的一個(gè)有效的方法就是通過聚焦離子束刻蝕的方式將鐵電薄膜刻成微米/納米島狀結(jié)構(gòu)，部分地釋放襯底對(duì)薄膜的束縛作用，從而實(shí)現(xiàn)鐵彈性翻轉(zhuǎn)過程以及伴隨著的鐵彈性應(yīng)變。但是這種方法成本太高，不適于大范圍的工業(yè)生產(chǎn)。這就促使人們?cè)谧非蟛皇芤r底束縛的非易失性彈性應(yīng)變過程中探索新的鐵電薄膜體系。
　　張金星教授與其指導(dǎo)的博士生王傳壽在通過與合作者的研究過程發(fā)現(xiàn)，相比于具有面外鐵電極化分量的傳統(tǒng)四方相或者菱形相的鐵電薄膜結(jié)構(gòu)，在層狀鈣鈦礦鐵電材料Bi2WO6的薄膜結(jié)構(gòu)里，由于其晶體對(duì)稱性是正交相結(jié)構(gòu)，其鐵電極化完全在薄膜平面內(nèi)，沒有面外的極化分量，這使得鐵電極化在鐵彈性翻轉(zhuǎn)過程中，其所需的彈性翻轉(zhuǎn)的能量勢(shì)壘得到一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)的降低，無需高成本的刻蝕技術(shù)就能大大減少襯底對(duì)其的束縛作用，從而能夠很好地實(shí)現(xiàn)由電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的非易失性彈性應(yīng)變。更重要的是在層狀鈣鈦礦鐵電材料Bi2WO6的薄膜結(jié)構(gòu)體系里實(shí)現(xiàn)的由電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的非易失性彈性應(yīng)變數(shù)值能夠達(dá)到～0.4%，甚至可以與菱形相結(jié)構(gòu)的單晶體系中的彈性應(yīng)變值～0.6%相媲美。
　　這為人們提供了一個(gè)很好的研究由電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的非易失性的彈性應(yīng)變與其他序參量耦合的薄膜體系，為未來的功能薄膜器件集成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。