搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

YMnO3薄膜的铁电行为及其纳米尺度铁电畴的研究

张润兰 邢辉 陈长乐 段萌萌 罗炳成 金克新

YMnO3薄膜的铁电行为及其纳米尺度铁电畴的研究

张润兰, 邢辉, 陈长乐, 段萌萌, 罗炳成, 金克新
PDF
导出引用
导出核心图
  • 六方YMnO3是一种特殊的多铁性材料,因其具有介电常数低、单一极化轴、无挥发性元素等特点,在磁电领域具有独特的优势,但目前关于YMnO3薄膜的铁电性特别是畴结构的研究相对较少. 本文采用溶胶-凝胶法在Si(100)基片上制备了多铁性YMnO3薄膜,利用掠入射X-射线衍射、原子力显微镜对薄膜的结构及表面形貌进行了分析,用压力显微镜(PFM)技术研究了纳米尺度畴结构及微区电滞行为,并通过I-V,P-E曲线进一步研究了薄膜的漏电流和宏观电滞行为. 结果表明,该薄膜为六方钙钛矿结构,YMnO3晶粒大小均匀并且结晶性较好,薄膜表面粗糙度为7.209 nm. PFM图显示出清晰的电畴结构,结合典型的微区振幅蝴蝶曲线和相位电滞回线,证实该YMnO3薄膜具有较好的铁电性. 由于受内建电场的作用,振幅曲线和相位曲线都向正向偏移,表现出非对称特征. 该薄膜的漏电流密度低于10-6 A·cm-2,因而其电滞回线基本能够达到饱和.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61078057,51202195,511172183)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20126102110045)和西北工业大学基础研究基金(批准号:JC201271,JC20120246)资助的课题.
    [1]

    Wang K F, Liu J M, Wang Y 2008 Chin. Sci. Bull. 53 1098(in Chinese)[王克峰, 刘俊明, 王雨 2008 科学通报 53 1098]

    [2]

    Cheong S W, Mostovoy M 2007 Nat. Mater. 6 13

    [3]

    Martin L W, Chu Y H, Ramesh R 2010 Mater. Sci. Eng. R 68 89

    [4]

    Zhong C G, Jiang Q, Fang J H, Ge C W 2009 Acta Phys. Sin. 58 3491(in Chinese)[仲崇贵, 蒋青, 方靖淮, 葛存旺 2009 物理学报 58 3491]

    [5]

    Song Y Q, Zhou W P, Fang Y, Yang Y T, Wang L Y, Wang D H, Du Y W 2014 Chin. Phys. B 23 077505

    [6]

    Zhang Y, Deng C Y, Ma J, Lin Y H, Nan C W 2008 Chin. Phys. B 17 3910

    [7]

    Chen Q, Zhong C G, Yuan G Q, Dong Z C, Fang J H 2013 Acta Phys. Sin. 62 127502(in Chinese)[陈强, 仲崇贵, 袁国秋, 董正超, 方靖淮 2013 物理学报 62 127502]

    [8]

    Yoo D C, Lee J Y, Kim I S, Kim Y T 2002 J. Cryst. Growth 234 454

    [9]

    Smolenskii G A, Bokov V A 1964 J. Appl. Phys. 35 915

    [10]

    Van-Aken B B, M Palstra T T, Filippetti A, Spaldin N A 2004 Nat. Mater. 3 164

    [11]

    Kim S H, Lee S H, Kim T H, Zyung T, Jeong Y H, Jang M S 2000 Cryst. Res. Technol. 35 19

    [12]

    Fujimura N, Sakata H, Ito D, Yoshimura T, Yokota T, Ito T 2003 Appl. Phys. 93 6990

    [13]

    Kim K T, Kim C 2004 J. Euro. Ceram. Soc. 24 2613

    [14]

    Kim J Y, Cho K C, Koo Y M, Hong K P, Shin N 2009 Appl. Phys. Lett. 95 132901

    [15]

    Zhou L, Wang Y P, Liu Z G, Zou W Q, Du Y W 2004 Phys. Status Solidi(a) 201 497

    [16]

    Choi T, Horibe Y, Yi H T, Choi Y J, Wu W, Cheong S W 2010 Nat. Mater. 9 253

    [17]

    Wu W D, Horibe Y, Lee N, Cheong S W, Guest J R 2012 Phys. Rev. Lett. 108 077203

    [18]

    Kalinin S V, Bonnell D A 2002 Phys. Rev. B 65 125408

    [19]

    Fan F, Luo B C, Duan M M, Xing H, Jin K X, Cheng C L 2012 Appl. Surf. Sci. 258 7412

    [20]

    Zeng H R, Yu H F, Tang X G, Chu R Q, Li G R, Yin Q R 2005 Mater. Sci. Eng. B 120 104

    [21]

    Jungk T, Hoffmann A, Fiebig M, Soergel E 2010 Appl. Phys. Lett. 97 012904

    [22]

    Li J, Yang H X, Tian H F, Ma C, Zhang S, Zhao Y G, Li J Q 2012 Appl. Phys. Lett. 100 152903

    [23]

    Zhong W L, Wang Y X, Wang C L 2001 Ferroelectrics 262 11

    [24]

    Gruverman A, Rodriguez B J, Nemanich R J, Kingon A I 2002 J. Appl. Phys. 92 2734

    [25]

    Yang Y C, Song C, Wang X H, Zeng F, Pan F 2008 Appl. Phys. Lett. 92 012907

    [26]

    Parashar S, Raju A R, Rao C N R, Victor P, Krupanidhi S B 2003 J. Phys. D 36 2134

    [27]

    Scott J F 2000 Ferroelectric Memories 3 79

    [28]

    Wang J W, Zhang Y, Jiang P, Tang W H 2009 Acta Phys. Sin. 58 4199(in Chinese)[王君伟, 张勇, 姜平, 唐为华 2009 物理学报 58 4199]

    [29]

    Wang X H, Deng X Y, Bai H L, Zhou H, Qu W G, Li L T, Chen I W 2006 J. Am. Ceram. Soc. 89 438

  • [1]

    Wang K F, Liu J M, Wang Y 2008 Chin. Sci. Bull. 53 1098(in Chinese)[王克峰, 刘俊明, 王雨 2008 科学通报 53 1098]

    [2]

    Cheong S W, Mostovoy M 2007 Nat. Mater. 6 13

    [3]

    Martin L W, Chu Y H, Ramesh R 2010 Mater. Sci. Eng. R 68 89

    [4]

    Zhong C G, Jiang Q, Fang J H, Ge C W 2009 Acta Phys. Sin. 58 3491(in Chinese)[仲崇贵, 蒋青, 方靖淮, 葛存旺 2009 物理学报 58 3491]

    [5]

    Song Y Q, Zhou W P, Fang Y, Yang Y T, Wang L Y, Wang D H, Du Y W 2014 Chin. Phys. B 23 077505

    [6]

    Zhang Y, Deng C Y, Ma J, Lin Y H, Nan C W 2008 Chin. Phys. B 17 3910

    [7]

    Chen Q, Zhong C G, Yuan G Q, Dong Z C, Fang J H 2013 Acta Phys. Sin. 62 127502(in Chinese)[陈强, 仲崇贵, 袁国秋, 董正超, 方靖淮 2013 物理学报 62 127502]

    [8]

    Yoo D C, Lee J Y, Kim I S, Kim Y T 2002 J. Cryst. Growth 234 454

    [9]

    Smolenskii G A, Bokov V A 1964 J. Appl. Phys. 35 915

    [10]

    Van-Aken B B, M Palstra T T, Filippetti A, Spaldin N A 2004 Nat. Mater. 3 164

    [11]

    Kim S H, Lee S H, Kim T H, Zyung T, Jeong Y H, Jang M S 2000 Cryst. Res. Technol. 35 19

    [12]

    Fujimura N, Sakata H, Ito D, Yoshimura T, Yokota T, Ito T 2003 Appl. Phys. 93 6990

    [13]

    Kim K T, Kim C 2004 J. Euro. Ceram. Soc. 24 2613

    [14]

    Kim J Y, Cho K C, Koo Y M, Hong K P, Shin N 2009 Appl. Phys. Lett. 95 132901

    [15]

    Zhou L, Wang Y P, Liu Z G, Zou W Q, Du Y W 2004 Phys. Status Solidi(a) 201 497

    [16]

    Choi T, Horibe Y, Yi H T, Choi Y J, Wu W, Cheong S W 2010 Nat. Mater. 9 253

    [17]

    Wu W D, Horibe Y, Lee N, Cheong S W, Guest J R 2012 Phys. Rev. Lett. 108 077203

    [18]

    Kalinin S V, Bonnell D A 2002 Phys. Rev. B 65 125408

    [19]

    Fan F, Luo B C, Duan M M, Xing H, Jin K X, Cheng C L 2012 Appl. Surf. Sci. 258 7412

    [20]

    Zeng H R, Yu H F, Tang X G, Chu R Q, Li G R, Yin Q R 2005 Mater. Sci. Eng. B 120 104

    [21]

    Jungk T, Hoffmann A, Fiebig M, Soergel E 2010 Appl. Phys. Lett. 97 012904

    [22]

    Li J, Yang H X, Tian H F, Ma C, Zhang S, Zhao Y G, Li J Q 2012 Appl. Phys. Lett. 100 152903

    [23]

    Zhong W L, Wang Y X, Wang C L 2001 Ferroelectrics 262 11

    [24]

    Gruverman A, Rodriguez B J, Nemanich R J, Kingon A I 2002 J. Appl. Phys. 92 2734

    [25]

    Yang Y C, Song C, Wang X H, Zeng F, Pan F 2008 Appl. Phys. Lett. 92 012907

    [26]

    Parashar S, Raju A R, Rao C N R, Victor P, Krupanidhi S B 2003 J. Phys. D 36 2134

    [27]

    Scott J F 2000 Ferroelectric Memories 3 79

    [28]

    Wang J W, Zhang Y, Jiang P, Tang W H 2009 Acta Phys. Sin. 58 4199(in Chinese)[王君伟, 张勇, 姜平, 唐为华 2009 物理学报 58 4199]

    [29]

    Wang X H, Deng X Y, Bai H L, Zhou H, Qu W G, Li L T, Chen I W 2006 J. Am. Ceram. Soc. 89 438

  • [1] 陈召勇, 杨 春, 李言荣, 薛卫东. 四方相BaTiO3铁电性的第一性原理研究. 物理学报, 2005, 54(2): 857-862. doi: 10.7498/aps.54.857
    [2] 石玉君, 张旭, 秦雷, 金魁, 袁洁, 朱北沂, 竺云. Bi1-xLaxFeO3±δ薄膜的快速制备及铁电性. 物理学报, 2016, 65(5): 058101. doi: 10.7498/aps.65.058101
    [3] 赵庆勋, 马继奎, 耿波, 魏大勇, 关丽, 刘保亭. 氮氢混合气氛退火中氢对Bi4Ti3O12铁电性能的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 8042-8047. doi: 10.7498/aps.59.8042
    [4] 王秀章, 刘红日. La0.3Sr0.7TiO3模板层对Pb(Zr0.5Ti0.5)O3薄膜的铁电性能增强效应的研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1735-1740. doi: 10.7498/aps.56.1735
    [5] 杨如霞, 卢玉明, 曾丽竹, 张禄佳, 李冠男. 钆掺杂对0.7BiFe0.95Ga0.05O3-0.3BaTiO3陶瓷的结构、介电性能和多铁性能的影响. 物理学报, 2020, 69(10): 107701. doi: 10.7498/aps.69.20200175
    [6] 岂云开, 顾建军, 刘力虎, 徐芹, 张惠敏, 孙会元. 复合薄膜NiFe2 O4-BiFeO3 中的磁电耦合. 物理学报, 2011, 60(6): 067701. doi: 10.7498/aps.60.067701
    [7] 李敏, 时鑫娜, 张泽霖, 吉彦达, 樊济宇, 杨浩. 柔性Pb(Zr0.53Ti0.47)O3薄膜的高温铁电特性. 物理学报, 2019, 68(8): 087302. doi: 10.7498/aps.68.20181967
    [8] 孙源, 黄祖飞, 明星, 王春忠, 陈岗, 范厚刚. BiFeO3中各离子在铁电相变中作用本质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(1): 193-200. doi: 10.7498/aps.58.193.1
    [9] 何建平, 吕文中, 汪小红. Ba0.5Sr0.5TiO3有序构型的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(9): 097102. doi: 10.7498/aps.60.097102
    [10] 钟维烈, 张沛霖, 王春雷, 李正法, 裘忠平, 葛洪良. 钛酸铋钡陶瓷的介电性、铁电性及对晶格结构的依赖性. 物理学报, 2004, 53(9): 3200-3204. doi: 10.7498/aps.53.3200
    [11] 张 磊, 钟维烈. 横场-伊辛模型中BaTiO3的铁电行为. 物理学报, 2000, 49(11): 2296-2299. doi: 10.7498/aps.49.2296
    [12] 孙正昊, 向鹏, 兰民, 孙源, 明星, 孟醒, 陈岗. 多铁材料BaCoF4电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5653-5660. doi: 10.7498/aps.58.5653
    [13] 胡婷, 阚二军. 低维铁电材料研究进展. 物理学报, 2018, 67(15): 157701. doi: 10.7498/aps.67.20180483
    [14] 张 磊, 钟维烈, 彭毅萍, 王玉国. 钛酸锶钡的铁电相变与晶胞体积的关联. 物理学报, 2000, 49(7): 1371-1376. doi: 10.7498/aps.49.1371
    [15] 唐先德, 吴自勤, 高巧君, 李永洪. Nb/Nb3Sn复合超导材料的高压电子显微镜观察. 物理学报, 1980, 180(9): 1226-1230. doi: 10.7498/aps.29.1226
    [16] 孙志, 王暄, 韩柏, 宋伟, 张冬, 郭翔宇, 雷清泉. 静电力显微镜研究二相材料及其界面介电特性. 物理学报, 2013, 62(3): 030703. doi: 10.7498/aps.62.030703
    [17] 温树林, 冯景伟. 高分辨电子显微镜研究α-Si3N4晶格缺陷. 物理学报, 1985, 34(7): 951-955. doi: 10.7498/aps.34.951
    [18] 杨翠英, 张道范, 吴星, 周玉清, 冯国光. 光折变BaTiO3晶体缺陷的分析电子显微镜研究. 物理学报, 1989, 38(12): 2003-2007. doi: 10.7498/aps.38.2003
    [19] 王耘波, 于 军, 高俊雄, 李美亚, 郭冬云. La掺杂对Bi4Ti3O12薄膜铁电性能的影响. 物理学报, 2006, 55(10): 5551-5554. doi: 10.7498/aps.55.5551
    [20] 王英龙, 魏同茹, 刘保亭, 邓泽超. 外延PbZr0.4Ti0.6O3薄膜厚度对其铁电性能的影响. 物理学报, 2007, 56(5): 2931-2936. doi: 10.7498/aps.56.2931
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  604
  • PDF下载量:  1102
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-22
  • 修回日期:  2014-05-27
  • 刊出日期:  2014-09-20

YMnO3薄膜的铁电行为及其纳米尺度铁电畴的研究

  • 1. 西北工业大学, 凝聚态结构与性质陕西省重点实验室, 西安 710072;
  • 2. 西安科技大学化学与化工学院, 西安 710054
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61078057,51202195,511172183)、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20126102110045)和西北工业大学基础研究基金(批准号:JC201271,JC20120246)资助的课题.

摘要: 六方YMnO3是一种特殊的多铁性材料,因其具有介电常数低、单一极化轴、无挥发性元素等特点,在磁电领域具有独特的优势,但目前关于YMnO3薄膜的铁电性特别是畴结构的研究相对较少. 本文采用溶胶-凝胶法在Si(100)基片上制备了多铁性YMnO3薄膜,利用掠入射X-射线衍射、原子力显微镜对薄膜的结构及表面形貌进行了分析,用压力显微镜(PFM)技术研究了纳米尺度畴结构及微区电滞行为,并通过I-V,P-E曲线进一步研究了薄膜的漏电流和宏观电滞行为. 结果表明,该薄膜为六方钙钛矿结构,YMnO3晶粒大小均匀并且结晶性较好,薄膜表面粗糙度为7.209 nm. PFM图显示出清晰的电畴结构,结合典型的微区振幅蝴蝶曲线和相位电滞回线,证实该YMnO3薄膜具有较好的铁电性. 由于受内建电场的作用,振幅曲线和相位曲线都向正向偏移,表现出非对称特征. 该薄膜的漏电流密度低于10-6 A·cm-2,因而其电滞回线基本能够达到饱和.

English Abstract

参考文献 (29)

目录

    /

    返回文章
    返回