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课题组在BTO/PTO钙钛矿氧化物超晶格的研究中取得进展 (J. Phys. D: Appl. Phys.)


2018-03-21

 

钙钛矿型氧化物由于其优异的铁电性能,如极化和压电性能,在各领域内获得了广泛的应用。大量的研究工作表明,这些性能很大程度上受到了一些特定条件的影响,比如应力状况和界面结构。受此启发,通过设计钙钛矿异质结构,比如构建超晶格体系,来获取特定的材料性能在过去的几十年里引起了广泛的兴趣。激光脉冲沉积(PLD)和分子束外延(MBE)等逐层生长技术的发展,使得对钙钛矿的异质结构的研究更加有力。因此,如何通过调整超晶格体系的取向和周期,提高相应的材料性能乃至结合多种材料性能的潜力也受到了相应的关注。

 

 

近日,楼耀鼎同学在邓俊楷副教授和澳大利亚墨尔本大学的Zhe Liu副教授的指导下,对基于钛酸锶基底的钛酸钡/钛酸铅超晶格体系进行了理论研究。不同于以往的(001)晶格取向,该项研究采用了(011)的晶格取向,并发现在该晶格取向条件下,正交晶格取代了(001)晶格取向时的四方晶格。该超晶格体系的极化强度受到钛酸铅含量的影响,随着钛酸铅含量的下降而减小。值得注意的是,当超晶格体系的组成为(BTO)4/(PTO)2时,压电系数e33将达到最大值,超过了纯钛酸钡和纯钛酸铅的压电系数,这一结果为设计具有更高压电性能的材料提供了一种参考方案。进一步的研究表明,该压电系数的提高源自于超晶格体系中B位离子,即Ti离子的偏心位移,这显示了B位离子在进一步提升压电性能的设计中可以发挥的作用。

 

 

这一工作是楼耀鼎同学在2016年跟随邓俊楷副教授所作的本科生开放课题和本科毕业设计的相关研究内容。目前,楼耀鼎同学在邓俊楷副教授的推荐下,赴澳大利亚墨尔本大学Zhe Liu副教授课题组攻读博士学位。

 

 

 

研究成果已于近期以Density functional theory computational study of ferroelectricity and piezoelectricity in BaTiO3/PbTiO3 (0 1 1) superlattices”为题发表在国际知名物理期刊Journal of Physics: Condensed Matter上,西安交通大学是第一作者及第一通讯单位。

 

论文链接:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/aab2bd/meta