北京科技大學(xué)張林興研究員和田建軍教授、北京工業(yè)大學(xué)盧岳教授（共同通訊作者）通過(guò)釤（Sm）取代設(shè)計(jì)了一種具有氧化鉍層狀結(jié)構(gòu)的薄膜[Bi1.8Sm0.2O3（BSO）]，且通過(guò)溶膠-凝膠法將這種薄膜作為單相生長(zhǎng)在（0001）Al2O3（AO）或（001）SrTiO3（STO）襯底上。研究表明，該材料具有厚度低至~1nm的標(biāo)準(zhǔn)鐵電電滯回線，且厚度范圍為1~4.56nm的薄膜具有17~50 μC/cm2的相對(duì)較大剩余極化。結(jié)合第一性原理計(jì)算，驗(yàn)證了該材料是一種孤電子對(duì)驅(qū)動(dòng)的鐵電材料，其超薄鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在原子級(jí)電子器件的制造中具備巨大的潛力。這些鐵電薄膜，還呈現(xiàn)出相對(duì)較高的極化行為并有望成為各種應(yīng)用的優(yōu)異候選材料。   

　　研究人員依托北京同步輻射裝置1W1A-漫散射實(shí)驗(yàn)站的X射線衍射（XRD）測(cè)試和X射線反射（XRR）測(cè)試，對(duì)該薄膜的結(jié)構(gòu)和厚度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，證實(shí)了薄膜得到了高質(zhì)量的外延生長(zhǎng)，同時(shí)說(shuō)明薄膜的厚度可以精確的控制；并與1W1A-漫散射實(shí)驗(yàn)站的王煥華研究員、博士生王震合作擬合了CTR強(qiáng)度分布，結(jié)合STEM，對(duì)第一性原理的計(jì)算結(jié)構(gòu)正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。   

　　這項(xiàng)工作開(kāi)發(fā)了新一代鐵電薄膜，為小型化和高質(zhì)量的電子器件制造帶來(lái)了巨大的潛力。相關(guān)研究成果于2023年3月24日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》上（Science, 379, 1218-1224）   

　　原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm5134。  

圖1.在晶面 (0001) AI203襯底上生長(zhǎng)成層狀氧化薄膜的晶體結(jié)構(gòu)表征

圖2.宏觀鐵電表征

圖3. Bi1.8Sm0.2O3，BSO薄膜的壓電響應(yīng)力顯微piezoresponse force microscopy，PFM表征