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　　近日，北京師范大學(xué)物理系張金星教授組與比利時安特衛(wèi)普大學(xué)、 清華大學(xué)以及美國加州大學(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，由電場驅(qū)動的非易失性彈性應(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有效的途徑。這在未來的傳感、驅(qū)動、信息存儲和磁電耦合等器件的低能耗性能的實現(xiàn)中起著關(guān)鍵的作用，具有廣泛的應(yīng)用價值。
　　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)變的鐵彈性疇翻動力學(xué)過程被抑制，使得由電場驅(qū)動的非易失性的鐵彈性應(yīng)變在薄膜集成的器件中難以實現(xiàn)。目前在鐵電薄膜結(jié)構(gòu)里實現(xiàn)彈性應(yīng)變的一個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)，部分地釋放襯底對薄膜的束縛作用，從而實現(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)。這就促使人們在追求不受襯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)的能量勢壘得到一到兩個數(shù)量級的降低，無需高成本的刻蝕技術(shù)就能大大減少襯底對其的束縛作用，從而能夠很好地實現(xiàn)由電場驅(qū)動的非易失性彈性應(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)體系里實現(xiàn)的由電場驅(qū)動的非易失性彈性應(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很好的研究由電場驅(qū)動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實的基礎(chǔ)。