本文關(guān)鍵詞：鐵電材料的光學(xué)及輸運(yùn)性質(zhì)的研究和應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 鐵電性材料 鐵電光伏 光至退極化 電荷輸運(yùn) 鐵電金屬

【摘要】：鐵電性材料所具有的獨(dú)特物理性質(zhì),以及與鐵電性相關(guān)的多物性耦合所帶來的新奇物理現(xiàn)象,不僅在基礎(chǔ)物理領(lǐng)域引起人們的廣泛興趣,在鐵電光伏、鐵電存儲器、壓電材料、鐵電隧道結(jié)等諸多電子工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域也被人給予厚望。本文對多鐵性鐵電材料BiFe O_3薄膜材料的諸多新奇光學(xué)性質(zhì)及表面輸運(yùn)特性展開了系統(tǒng)研究,并基于對該材料物性的調(diào)控提出了可能的應(yīng)用。此外對傳統(tǒng)鐵電性材料PbTiO_3成功實(shí)現(xiàn)了電子摻雜,對其鐵電性和金屬導(dǎo)電性進(jìn)行了人工設(shè)計(jì)和調(diào)控,從而為一種自然界非常少見的材料“鐵電金屬”給出了出色的候選者。取得的主要研究成果如下:1.利用激光分子束外延(Laser-MBE)技術(shù),在Nb-doped SrTiO_3、SrTiO_3等襯底上制備了不同厚度的BiFe O_3薄膜。利用原子力顯微鏡技術(shù)(AFM)以及壓電響應(yīng)力顯微技術(shù)(PFM),在BiFeO_3薄膜表面不同區(qū)域加不同電場刻寫出條狀疇結(jié)構(gòu)。利用開爾文力顯微鏡(KPFM)技術(shù)探測條狀疇結(jié)構(gòu)的表面電勢信號,通過光照BiFeO_3薄膜材料表面,使表面電勢在長時間的馳豫和衰減后大大恢復(fù),成為一種非揮發(fā)性信號。通過實(shí)驗(yàn)和理論的研究表明,光至表面電勢恢復(fù)主要是來自于BiFeO_3薄膜不同鐵電極化疇區(qū)域的鐵電光伏效應(yīng)。自此,提供了一種讀取鐵電極化信號的可能途徑。2.利用PFM在BiFeO_3薄膜表面加電場,刻寫不同寬度、不同間距的鐵電疇極化疇,利用KPFM技術(shù)長時間的探測表面電勢的衰減過程。發(fā)現(xiàn),表面電勢的衰減時間常數(shù)隨著極化疇尺寸的增大而增大,同時,隨著鐵電極化疇間距的增大而增大。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論模擬共同證明:鐵電材料表面電荷的衰減過程中占主導(dǎo)原因的是橫向擴(kuò)散,而非以前被廣泛認(rèn)為的向體內(nèi)擴(kuò)散以及空間電荷吸附。從而為今后優(yōu)化電疇結(jié)構(gòu)及鐵電極化疇穩(wěn)定性的研究提供了材料的物性依據(jù)。3.通過長時間光照鐵電BiFeO_3薄膜材料,同時探測照光區(qū)域和未照光區(qū)域表面電勢差。首次觀測到具有超長時間馳豫的光至影響。通過理論模擬的結(jié)果結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的探究,我們認(rèn)為長時間的光照導(dǎo)致電極化內(nèi)部的局域退極化很有可能是產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。這一觀測為鐵電材料的光至現(xiàn)象,提供了更加深入的認(rèn)識。4.在傳統(tǒng)鐵電性材料PbTiO_3中摻雜Nb原子替代Ti的位置可以引入電子性摻雜。利用Laser-MBE生長出了不同濃度Nb摻雜的Pb TiO_3薄膜樣品。隨著摻雜的升高,電導(dǎo)率逐漸升高,當(dāng)Nb的濃度達(dá)到0.12時,樣品的電阻隨溫度的變化曲線呈現(xiàn)出金屬導(dǎo)電性。然而,通過PFM、鐵電測試儀、高角度球差校正電子顯微鏡的測試發(fā)現(xiàn),所有摻雜濃度的樣品都存在晶格的極化畸變,既,電導(dǎo)率變化的過程中存有一定的鐵電性。這一結(jié)果實(shí)現(xiàn)了鐵電極化與金屬導(dǎo)電性的共存,從而為一種自然界非常少見的材料“鐵電金屬”給出了出色的候選者。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O484

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 董帥;劉俊明;;多鐵性材料:過去、現(xiàn)在、未來[J];物理;2010年10期

，

本文編號：1261403