對外延BiFeO3薄膜中不同類型疇壁的動力學特征進行了觀測和統(tǒng)計學分析

鐵電材料具有優(yōu)異的光電、壓電、鐵電性能，可應用于儲能、開關、調制、換能等領域。鐵電材料中不同鐵電相（疇）之間的過渡區(qū)域被稱為疇壁。作為一種二維結構，鐵電疇壁擁有不同于體材料的獨特電學、磁學和機械性質，因而成為近幾年炙手可熱的研究方向。

然而，在將疇壁作為獨立單元應用于納電子器件之前，我們還必須進一步了解其內(nèi)稟特性對疇壁運動和生長的影響，從而實現(xiàn)對疇壁的操控與應用。

南京大學呂笑梅教授課題組和美國羅格斯大學、中國科學院深圳先進技術研究院、美國華盛頓大學等多個單位合作，利用基于原子力顯微鏡的三維電疇表征方法，對外延BiFeO3薄膜中不同類型疇壁的動力學特征進行了觀測和統(tǒng)計學分析。

研究者發(fā)現(xiàn)，在（001）方向的鐵酸鉍外延薄膜中，不同帶電性的（頭對頭、頭對尾、尾對尾）疇壁在外加電場驅動下的動性各不相同。其中：

低電壓下，電中性的頭對尾疇壁動性較大，而總長度較長的帶電疇壁（頭對頭和尾對尾）的移動則被荷電缺陷所限制；

高電壓下，帶電的尾對尾疇壁其動性和平均長度最大。

結合高分辨X射線頻譜，以上現(xiàn)象被認為與帶電疇壁的高成核能和低生長能有關。

（a）3.4 V和（b）5.8 V極化后的電疇構型。由深至淺四種灰度分別代表不同極化方向的電疇。頭對頭、頭對尾和尾對尾疇壁分別由橙色、淺藍色和紫色線條標出。

研究者進一步設計了兩步極化法，先后使用較小和較大的電場對薄膜表面進行探針極性掃描，生成了排列整齊的長條形尾對尾疇壁作為導電通路，且疇壁取向能夠隨探針掃描方向而改變，實現(xiàn)了鐵電疇壁的方向和形態(tài)控制。

由兩步極化法生成的有序分布的長條形尾對尾疇壁

該工作揭示了疇壁動性與疇壁附近電荷聚集狀態(tài)的緊密關聯(lián)，展現(xiàn)了對鐵電疇壁的微觀操控性，對鐵電疇壁在自旋電子學、存儲和通訊型納米器件領域的應用具有重要意義。