研究发现界面位错阵列诱导可调应变梯度及其挠曲电效应

      应变工程是强关联功能材料中调控材料结构与物理特性的强有力手段，其中挠曲电效应是介电材料中普遍存在的一种效应，通过弹性应变梯度能够诱导出类似铁电自发极化的极化状态。在氧化物薄膜材料中，挠曲电效应尤其明显。然而，对于如何在纳米尺度氧化物界面器件集成巨大应变梯度，长期以来是本领域内亟待解决的重要基础性科学问题之一。

      近日，耿皖荣、唐云龙、朱银莲等人在高指数[110]取向的BiFeO3/NdGaO3薄膜中实现了原子尺度调控的挠曲电行为。2021年11月12日，Nano Letters期刊以“Atomic-scale tunable flexoelectric couplings in oxide multiferroics”为题在线发表了该项研究成果。他们利用[110]取向的NdGaO3衬底使BiFeO3薄膜处于各向异性的大应变状态，在异质界面处构筑出薄膜厚度可控的高密度位错阵列（图1）。位错间的应变场耦合在界面处形成长程弹性应变梯度，其梯度值可达到106/m；该应变梯度诱导出的挠曲电行为可通过改变BiFeO3薄膜厚度及位错分布进行自主调控（图2，图3）。挠曲电极化与BiFeO3本身的自发极化相互作用，会进一步对界面处的纳米铁电畴进行有效调控，为设计多态界面纳米器件提供了多种可能性。