對(duì)外延BiFeO3薄膜中不同類(lèi)型疇壁的動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

鐵電材料具有優(yōu)異的光電、壓電、鐵電性能，可應(yīng)用于儲(chǔ)能、開(kāi)關(guān)、調(diào)制、換能等領(lǐng)域。鐵電材料中不同鐵電相（疇）之間的過(guò)渡區(qū)域被稱(chēng)為疇壁。作為一種二維結(jié)構(gòu)，鐵電疇壁擁有不同于體材料的獨(dú)特電學(xué)、磁學(xué)和機(jī)械性質(zhì)，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(dú)立單元應(yīng)用于納電子器件之前，我們還必須進(jìn)一步了解其內(nèi)稟特性對(duì)疇壁運(yùn)動(dòng)和生長(zhǎng)的影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)疇壁的操控與應(yīng)用。

南京大學(xué)呂笑梅教授課題組和美國(guó)羅格斯大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、美國(guó)華盛頓大學(xué)等多個(gè)單位合作，利用基于原子力顯微鏡的三維電疇表征方法，對(duì)外延BiFeO3薄膜中不同類(lèi)型疇壁的動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)學(xué)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(duì)頭、頭對(duì)尾、尾對(duì)尾）疇壁在外加電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的動(dòng)性各不相同。其中：

低電壓下，電中性的頭對(duì)尾疇壁動(dòng)性較大，而總長(zhǎng)度較長(zhǎng)的帶電疇壁（頭對(duì)頭和尾對(duì)尾）的移動(dòng)則被荷電缺陷所限制；

高電壓下，帶電的尾對(duì)尾疇壁其動(dòng)性和平均長(zhǎng)度最大。

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

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

研究者進(jìn)一步設(shè)計(jì)了兩步極化法，先后使用較小和較大的電場(chǎng)對(duì)薄膜表面進(jìn)行探針極性?huà)呙瑁闪伺帕姓R的長(zhǎng)條形尾對(duì)尾疇壁作為導(dǎo)電通路，且疇壁取向能夠隨探針掃描方向而改變，實(shí)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(zhǎng)條形尾對(duì)尾疇壁

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