溶膠凝膠法制備Sm摻雜鐵酸鉍(001)外延薄膜的相關(guān)研究

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溶膠凝膠法制備Sm摻雜鐵酸鉍(001)外延薄膜

由于通過摻雜能取得較高的壓電性能,，室溫多鐵材料鐵酸鉍BiFeO3近來被越來越多作為有潛力的無鉛壓電材料而被應(yīng)用,。通過溶膠凝膠法在（001）單晶摻鈮鈦酸鍶SrTiO3襯底上制備了摻雜12%Sm的BiFeO3外延薄膜。通過倒易空間圖和透射電鏡確認了外延性,。透射電鏡也確認了R3c和Pbam相在該薄膜中的共存,。通過壓電力顯微鏡測試了薄膜從室溫到200℃的疇結(jié)構(gòu)和壓電響應(yīng)的變化。在110℃到170℃,，疇變得活躍,，疇結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

利用脈沖激光沉積(PLD)方法在LaAlO3單晶襯底上外延生長BiFeO3,，得到了菱方四方的(R-T)MPB,。用壓電響應(yīng)力顯微鏡(PFM)觀察到，由于四方相和菱方相的共存,，材料的壓電響應(yīng)有了的,。類似地，Takeuchi等人在BiFeO3的A位引入了Sm,、Gd和Dy等鑭系元素,，從而發(fā)現(xiàn)了一個菱方正交的(R-O)MPB。假設(shè)隨著摻雜量的增加,，稀土元素半徑變小將導(dǎo)致壓電反鐵電順電相變,。MPB位于反鐵電-順電相界面。 這些工作也是基于利用PLD制備的外延薄膜和人們對稀土摻雜的BFO的興趣中激發(fā)而來的,。硅襯底上多晶薄膜和摻釤的BFO塊體陶瓷的壓電響應(yīng)也得到了,。然而,，至今還沒有直接觀察到這些材料的反鐵電行為。

在研究中,，作者們制備了12%Sm摻雜的BiFeO3外延薄膜,。采用溶膠-凝膠法在摻鈮的SrTiO3(001)襯底上制備薄膜。該成分對應(yīng)于室溫下相結(jié)構(gòu)的MPB,，預(yù)計在高溫下會發(fā)生變化,。為了研究該材料的性能，在室溫至200℃范圍內(nèi)觀察到鐵電疇,，用PFM方法局部表征了鐵電疇隨溫度的變化,。除了對相位結(jié)構(gòu)的觀察外，還利用switching spectroscopy PFM(ss-pfm)研究了溫度在納米尺度下對壓電響應(yīng)的影響,。SS-PFM顯示了鐵電向反鐵電相的相變,。另外，在相邊界處發(fā)現(xiàn)了的壓電響應(yīng),。

圖1(a)顯示了樣品的表面形貌,，發(fā)現(xiàn)的晶界。圖1(b)顯示了12%Sm摻雜BiFeO3薄膜的XRD圖譜,。薄膜和襯底的(001)衍射峰清晰可見,，其它衍射峰在對數(shù)坐標下幾乎看不到。用同步輻射X射線進一步進行了RSM,。HL空間中的(002)模式和HK空間中的(113)模式分別如圖1(c)和(d)所示,。XRD和RSM分析表明薄膜具有的外延性能。從RSM譜圖出發(fā),，計算了12%Sm摻雜BiFeO3樣品的晶格參數(shù)：apc = bpc=3.906Å, cpc=3.958Å,。由于其外延性質(zhì)，a和b值與襯底SrTiO3(3.905Å)接近,。在外延BiFeO3薄膜中,，(113)模式沿面內(nèi)(IP)方向的色散表明晶格有程度的松弛，這在外延BiFeO3薄膜中是常見的現(xiàn)象,。隨著薄膜厚度的增加,，晶格失配引起的壓縮應(yīng)力逐漸減弱。由于夾持效應(yīng),，摻雜樣品的c值比襯底大得多,，而Sm3+相對于Bi3+的半徑較小，則比BiFeO3薄膜的c值小得多,。

高分辨透射電鏡在薄膜-基底界面上對樣品的橫截面進行了成像,，并顯示了其外延結(jié)構(gòu)，如圖2(a)所示。圖2(b)示出了樣品的橫截面圖像,。從這幅圖像中可以確定薄膜厚度約為140nm,，樣品內(nèi)部沒有檢測到晶界。圖2(c)-(e)示出了在圖2(b)所示的某些區(qū)域上進行的SAED結(jié)果,。清晰的衍射圖了薄膜的外延性,。襯底Nb：SrTiO3表現(xiàn)出的立方相，如圖2(c)所示,。有趣的是,，在薄膜中發(fā)現(xiàn)了兩種衍射模式。藍色表示的區(qū)域具有R3c對稱性,，與BiFeO3相同,。用紅色表示的區(qū)域顯示了1/4(011)和1/2(011)點，表明從R3c到類似PbO3相的晶格畸變,，Sm或其他稀土摻雜的BiFeO3體系中也觀察到了這種模式,。這兩個相的共存表明它們在這種成分中是穩(wěn)定的，并且可以很容易地相互轉(zhuǎn)換,。值得一提的是，我們同時制備了14%Sm的摻雜薄膜,，并且具有較高的分辨率,。

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以上資料來西安齊岳生物小編zhn2020.12.14,，以上資料來自文獻；如有侵權(quán),；請聯(lián)系客服進行刪除.

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