北京工业大学材料与制造学部
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2023年 第28期
【材制 | 科研】北工大合作在《Science》上发表
“Ferroelectricity in layered bismuth oxide down to one nanometer”研究成果
2023年3月23日，国际顶级权威期刊《Science》在线刊发表了北京工业大学卢岳副研究员与北京科技大学张林兴教授、田建军教授合作的研究成果“Ferroelectricity in layered bismuth oxide down to one nanometer” ，解析与表征低至1 nm的层状氧化铋的铁电性。北京工业大学为该论文的通讯单位，北京科技大学博士研究生生杨倩倩、北京工业大学博士研究生胡敬聪和圣塞巴斯蒂安大学博士后方跃文为该论文的第一作者。
尽管电子显微学的发展为原子尺度解析材料的结构提供了重要的表征平台，然而由于电子束的能量往往较高（30-300 keV），其在radiolysis效应的作用下往往会对材料的微观结构造成破坏（ACS Nano, 2017, 11: 8018）：电子束首先轰击出氧化物中阳离子的内壳层电子，引起阳离子的升价。与此同时，阴离子，例如O等，则会将其价电子贡献给内壳层丢失电子轨道，引起O元素的升价，如O2-变为O-甚至O原子，此时氧化物薄膜则会发生结构崩塌。如何在原子尺度定量分析氧化物中氧元素的精确占位，对于电子显微学高时空分辨技术的发展至关重要。依托太阳集团城网2018“固体微结构与性能”北京市重点实验室的高端电子显微学表征技术平台，本研究综合利用低剂量-低剂量曝光等技术方法（iDPC）、同步辐射 X 射线衍射和DFT计算，精确定位出一种全新结构Bi6O9铁电薄膜材料的原子级占位信息。通过精确表征Bi6O9铁电薄膜中Bi、O以及掺杂元素Sm的原子占位，可以清晰发现Sm占在Bi的晶格位置。与此同时，由于外延生长关系的存在，基底与薄膜界面处存在着较大的应力。当薄膜的厚度降低至1 nm时，晶胞c轴方向有所拉伸，这可能是该薄膜厚度在1nm时仍具有 17 μC∙cm-2最大剩余极化的重要原因之一。
全文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm5134
材料与制造学部
2023/3/24
