近日，公司先进碳材料及功能金属与器件课题组的黄传威博士及其合作者在Advanced Science期刊（影响因子：15.84）上发表题为“A Highly Strained Phase in PbZr0.2Ti0.8O3 Films with Enhanced Ferroelectric Properties”的研究论文。该工作利用脉冲激光沉积技术中激光能量密度的可连续调控特点，在PZT(20/80)薄膜中实现由普通四方性(NT相)向高应变相（HT相）的连续转变，且其铁电性能得到明显提升，这为进一步探究钙钛矿铁电氧化物薄膜中电-弹耦合的调控研究提供了新策略。共聚永利为该论文的第一单位，曾燮榕教授课题组的黄传威博士为本论文的第一作者，硕士研究生廖肇龙同学为第二作者。其它合作者的单位包括南方科技大学、北京大学、湖北大学以及哈尔滨工业大学（深圳）。
利用衬底和薄膜材料的晶格失配，在氧化物薄膜中可实现众多新颖的晶体结构和相关的电子特性。然而该晶格应变方法通常受限于诸多条件：（1）能提供的商业化衬底种类有限，（2）晶格失配中的不可连续性，（3）随着薄膜厚度的增加而导致结构的弛豫。而本研究所报道的方法在钙钛矿氧化物薄膜调控中具有如下优势：该调控方法无需涉及不同衬底材料的选择，只在较小的单一衬底（压应变 ~ 1.2%）夹持作用下，仅需通过连续增加生长时的激光能量密度，即可实现PZT(20/80)薄膜中晶格常数c的显著增大(图1：4.13 Å ≤ c ≤4.27 Å)。当制备时的激光能量密度提高（≥4.6 J/cm2），PZT(20/80)薄膜将发生NT -HT结构相变，相应的四方性（tetragonality）增大近一倍。同时研究发现，HT相PZT(20/80)薄膜的铁电性能明显提升（图2），其剩余极化值和居里温度分别可达到100 mC/cm2和 800 ℃，相比于块材PZT(20/80)分别增强了40%和75%。 此外，该HT相PZT(20/80)薄膜具有反常的热膨胀现象，对比于传统的正热膨胀材料（比如SrTiO3，𝛼4 = 8.26 × 10−6 /°C），HT相在600-800℃表现出巨大的负热膨胀特性（𝛼2 = −1.9 × 10−4 /°C）。该异质结系统中由于不同热膨胀系数导致的热失配效应为进一步调控与探索铁电氧化物薄膜的新颖结构和电子特性提供了一种有效的策略（图3）。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202003582
