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艾德思:全球最薄的钙钛矿材料薄膜

论文润色 | 2019/06/21 10:20:04  | 267 次浏览

 二维(2D)材料最近引起了人们的极大兴趣,因为它们具有显著的电子特性和电子应用的潜力. 在传统的二维材料中,例如石墨烯和过渡金属二硫族化合物,这些特性很大程度上受到s和p轨道的弱相互作用电子的控制. 相比之下,过渡金属氧化物钛矿中d轨道的强相互作用电子产生了丰富的奇异相,包括高温超导,巨磁电阻,莫特金属 - 绝缘体跃迁和多铁性.与传统的2D材料一样,2D过渡金属氧化物钙钛矿有望展现出新的基本特性,并能够开发多功能电子器件.然而, 这种前景受到剥离三维氧化物晶体或从基底上提升强键合的超薄氧化物膜的技术挑战的阻碍.

2019年6月5日,南京大学王鹏,聂越峰及Pan Xiaoqing共同通讯在 Nature 在线发表题为" Freestanding crystalline oxide perovskites down to the monolayer limit '的研究文章,该研究合成了高质量的独立钙钛矿氧化物,例如像单个晶胞一样薄的SrTiO3(STO)和BiFeO3(BFO)薄膜,可以转移到任何所需的基底上,例如硅晶片和多孔碳.令人惊讶的是,独立的BFO薄膜呈现菱形(R样)至四方形(T样)相变,并且当接近最终2D极限时显示出大的c / a比和巨极化.总而言之,将任何结晶的独立钙钛矿薄膜转移到硅或其他半导体晶片上的能力,可能使得能够在常规半导体中直接结合强相关特性, 为新一代多功能电子器件铺平了道路.

最后, Nature 发表了题为" How to make the thinnest possible free-standing sheets of perovskite materials '的点评论文,系统总结了该论文,同时指出了该论文的不足以及该领域的发展方向.

二维(2D)材料最近引起了人们的极大兴趣,因为它们具有显著的电子特性和电子应用的潜力. 在传统的二维材料中,例如石墨烯和过渡金属二硫族化合物,这些特性很大程度上受到s和p轨道的弱相互作用电子的控制.相比之下, 过渡金属氧化物钙钛矿中d轨道的强相互作用电子产生了丰富的奇异相,包括高温超导,巨磁电阻,莫特金属 - 绝缘体跃迁和多铁性 .与传统的2D材料一样,2D过渡金属氧化物钙钛矿有望展现出新的基本特性,并能够开发多功能电子器件.然而, 这种前景受到剥离三维氧化物晶体或从基底上提升强键合的超薄氧化物膜的技术挑战的阻碍.

超薄独立SrTiO3薄膜的生长和转移

已经使用许多技术来合成独立式膜,包括使用酸选择性蚀刻缓冲层,使用水溶解NaCl基底并使用激光和离子注入来熔化膜 - 基底界面.这些技术难以推广到各种钙钛矿氧化物.最近, 开发了一种使用水溶性Sr3Al2O6(SAO)作为缓冲层合成高质量独立式钙钛矿氧化物的方式,为寻找钙钛矿氧化物中类似的奇异2D相关相提供了一个步骤.

高结晶质量超薄独立STO薄膜的合成

在这项工作中,研究人员表明,可以合成高质量的独立钙钛矿氧化物,例如像 单个晶胞一样薄 的SrTiO3(STO)和BiFeO3(BFO)薄膜, 可以将其转移到任何所需的基底上 ,例如硅晶片和多孔碳.令人惊讶的是,独立的BFO薄膜呈现菱形(R样)至四方形(T样)相变,并且当接近最终2D极限时显示出大的c / a比和巨极化.

超薄独立BFO薄膜中的巨极化和晶格畸变

有趣的是,将高结晶质量的超薄钙钛矿薄膜转移到任何所需基底上的能力, 为发现新型界面物理学和在新型异质结构中的应用提供了机会 ;将任何结晶的独立钙钛矿薄膜转移到硅或其他半导体晶片上的能力,可能使得能够在常规半导体中直接结合强相关特性, 为新一代多功能电子器件铺平了道路.

 

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