采用脈沖激光沉積工藝在（111）取向的SrTiO₃襯底上,制備了Ga_0.8Fe_1.2O₃/Ba_0.8Ca_0.2Ti_0.8Zr_0.2O₃層狀復合薄膜。利用X射線衍射儀（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）,表征了樣品薄膜的表面形貌及微觀結(jié)構(gòu)。從樣品的XRD圖譜可以看出,該復合薄膜的BCZT層呈（111）取向,而GFO層沿b軸自發(fā)極化,呈（0l0）取向。物性測試結(jié)果表明:GFO/BCZT復合薄膜表現(xiàn)出良好的電磁學特性,其剩余極化值P_r=11.28μC/cm²,飽和磁化強度M_s～49.17 emu/cm³,同時該復合薄膜室溫下最大磁電耦合系數(shù)α_E可達28.38 mV/（cm·Oe）。這種無鉛的磁電復合薄膜為傳感器、換能器和多態(tài)存儲器的潛在應用提供了新的思路。 

【文章來源】：人工晶體學報. 2020,49(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

GaFeO3晶體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2(b)和GFO/BCZT磁電復合薄膜的SEM照片。從圖中可以看出,薄膜致密,晶粒大小均勻,晶界清晰,薄膜生長質(zhì)量較好,內(nèi)嵌圖展示了該磁電復合薄膜的截面,復合薄膜的不同物相間有明顯的分層,層間粘接緊密,其中SRO、BCZT和GFO層分別約為60 nm、205 nm、145 nm,薄膜總厚度約為410 nm。根據(jù)XRD測試數(shù)據(jù),計算得到的晶格常數(shù)如表2所示。對于磁致伸縮相GFO,在復合薄膜中晶格畸變約為0.05%,小于在單相GFO薄膜中發(fā)生的晶格畸變-0.06%,這是因為襯底SRO/STO對GFO的束縛,而在復合薄膜中受BCZT的緩沖作用而減弱,這對GFO/BCZT異質(zhì)結(jié)磁電復合薄膜的磁電耦合效應的提升大有助益。

對GFO/BCZT復合薄膜施加大小為300 kV/cm的電場,可以得到如圖3(a)所示的電滯回線,測試頻率為1 kHz。根據(jù)表3可以看出,GFO/BCZT復合薄膜的極化強度遠高于GFO薄膜的極化強度,復合薄膜剩余極化強度與已研究成果相近[8-9]。復合薄膜良好的鐵電性能可歸因于以下幾點:(1)主要歸功于壓電相BCZT優(yōu)異的鐵電性能;(2)GFO和BCZT相似的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),在GFO和BCZT層間形成良好的界面耦合,有助于界面電荷的傳導[15];(3)鐵電性能受漏電流密度的影響,GFO和GFO/BCZT薄膜的漏電流特性如圖3(b)顯示,因為GFO磁致伸縮材料具有較高的電導率,致使單相薄膜的漏電流密度～10-2 A/cm2遠大于復合薄膜的漏電流密度10-5 A/cm2,所以單相GFO薄膜極化值相對很小。表3 GFO/BCZT、GFO的鐵電性能測試數(shù)據(jù)Table 2 Test data of GFO/BCZT, GFO ferroelectric performance Sample Pr/(μC·cm-2) Ps/(μC·cm-2) GFO/BCZT 11.28 32.49 GFO 1.07 2.65 Pr is residual polarization, Ps is saturation polarization.


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