[發明專利]一種基于機械應變調控BaTiO3

有效

• 申請號: 202010199097.9
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111370567B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 仲崇貴;顧小偉;朱森杰;楊民民;李祥彪;周朋霞
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H10N30/853
• 分類號: H10N30/853;H10N30/045
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

1.一種基于機械應變調控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉的使用方法，其特征在于：包括襯底和BaTiO₃薄膜，所述薄膜設置在襯底上方，具體操作如下：薄膜沿著[001]方向進行生長，先對薄膜進行初始極化，再對四方相襯底外加雙軸等效面內應力，襯底應變通過界面晶格失配傳遞至薄膜，使得薄膜受到的張應變逐漸變小，導致薄膜極化在面內向c軸方向翻轉；當襯底的壓應變增大到-3％時，極化取向完全翻轉到沿c軸方向，繼續增加襯底應力，導致沿c軸方向的極化增大，但方向不變，注意襯底四個方向的應力同步等值增加；當應力作用達到足以使極化取向完全沿c軸時，逐步減小應力，記錄各個應力作用下，鐵電薄膜極化的大小和方向；

所述BaTiO₃薄膜進行初始極化：將薄膜放置于沿對角線方向的電場作用下，逐漸加大電場，并實時測量薄膜的極化強度，直至薄膜在電場方向的極化強度不再增加為止；

所述襯底選用具有面內各項同性且楊氏模量較大的材料，襯底材料的晶格常數要求比體相BaTiO₃的晶格常數大1％-3％，確保襯底和晶格間100％的應變傳遞以及兩種材料的晶格常數適配度。

2.根據權利要求1所述的基于機械應變調控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉的使用方法，其特征在于：所述BaTiO₃薄膜通過外延方法生長于[001]方向的四方襯底上，所述薄膜的厚底小于等于100um。

3.根據權利要求1所述的基于機械應變調控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉的使用方法，其特征在于：對薄膜的襯底外加應力驅動極化翻轉，鐵電薄膜的極化在面內翻轉時，鐵電薄膜極化的大小也會發生改變，但由于相變是連續的二級相變，因而極化P大小的變化也是連續的，不會發生躍變。

4.根據權利要求1所述的基于機械應變調控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉的使用方法，其特征在于：根據對BaTiO₃單晶第一性計算的結果，得到極化P-應變u的關系：張應變0.75％時，Px＝Py，Pz＝0，鐵電極化達到面內最大，而隨著張應變減小，當壓應變增大到0.01(1％)時，極化完全翻轉到c軸方向,Px＝Py＝0，Pz到達最大。

5.根據權利要求1所述的基于機械應變調控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉的使用方法，其特征在于：所述BaTiO₃薄膜發生了三次相變，在應變范圍內經歷四個相，包括兩個四方相、一個三方相，一個立方相，極化連續變化。

6.根據權利要求1所述的基于機械應變調控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉的使用方法，其特征在于：所述極化在面內旋轉的角度為90°，從躺在薄膜(001)面內到垂直于薄膜平面。