[發(fā)明專利]一種基于機(jī)械應(yīng)變調(diào)控BaTiO3

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010199097.9
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111370567B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 南通大學(xué)
• 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(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

1.一種基于機(jī)械應(yīng)變調(diào)控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉(zhuǎn)的使用方法，其特征在于：包括襯底和BaTiO₃薄膜，所述薄膜設(shè)置在襯底上方，具體操作如下：薄膜沿著[001]方向進(jìn)行生長，先對薄膜進(jìn)行初始極化，再對四方相襯底外加雙軸等效面內(nèi)應(yīng)力，襯底應(yīng)變通過界面晶格失配傳遞至薄膜，使得薄膜受到的張應(yīng)變逐漸變小，導(dǎo)致薄膜極化在面內(nèi)向c軸方向翻轉(zhuǎn)；當(dāng)襯底的壓應(yīng)變增大到-3％時，極化取向完全翻轉(zhuǎn)到沿c軸方向，繼續(xù)增加襯底應(yīng)力，導(dǎo)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(yīng)力同步等值增加；當(dāng)應(yīng)力作用達(dá)到足以使極化取向完全沿c軸時，逐步減小應(yīng)力，記錄各個應(yīng)力作用下，鐵電薄膜極化的大小和方向；

所述BaTiO₃薄膜進(jìn)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(shí)時測量薄膜的極化強(qiáng)度，直至薄膜在電場方向的極化強(qiáng)度不再增加為止；

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

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械應(yīng)變調(diào)控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械應(yīng)變調(diào)控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉(zhuǎn)的使用方法，其特征在于：對薄膜的襯底外加應(yīng)力驅(qū)動極化翻轉(zhuǎn)，鐵電薄膜的極化在面內(nèi)翻轉(zhuǎn)時，鐵電薄膜極化的大小也會發(fā)生改變，但由于相變是連續(xù)的二級相變，因而極化P大小的變化也是連續(xù)的，不會發(fā)生躍變。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械應(yīng)變調(diào)控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉(zhuǎn)的使用方法，其特征在于：根據(jù)對BaTiO₃單晶第一性計算的結(jié)果，得到極化P-應(yīng)變u的關(guān)系：張應(yīng)變0.75％時，Px＝Py，Pz＝0，鐵電極化達(dá)到面內(nèi)最大，而隨著張應(yīng)變減小，當(dāng)壓應(yīng)變增大到0.01(1％)時，極化完全翻轉(zhuǎn)到c軸方向,Px＝Py＝0，Pz到達(dá)最大。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械應(yīng)變調(diào)控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉(zhuǎn)的使用方法，其特征在于：所述BaTiO₃薄膜發(fā)生了三次相變，在應(yīng)變范圍內(nèi)經(jīng)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(xù)變化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)械應(yīng)變調(diào)控BaTiO₃鐵電薄膜中極化旋轉(zhuǎn)的使用方法，其特征在于：所述極化在面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度為90°，從躺在薄膜(001)面內(nèi)到垂直于薄膜平面。