研究发现BiFeO3/DyScO3异质结中的切应变以及由此产生的螺位错网格

螺型位错核心处的原子畸变位移主要平行于位错线，即便是对于具有亚埃尺度分辨能力的透射电镜而言，也很难直接对螺型位错的结构和伯氏矢量等进行原子尺度的实验观测。

近日，电镜中心朱银莲、唐云龙以及博士生陈雨亭等人利用电子显微技术在BiFeO₃/DyScO₃异质结中发现大规模螺位错网格。他们利用[001]取向DyScO₃正交衬底与BiFeO₃薄膜之间的晶格角度畸变差异成功引入了面内切应变；通过透射电子显微镜成像直接观察到了该体系中的螺位错网格(图1，图2)，并对其伯氏矢量和原子结构进行了系统解析，确定了主导弛豫体系剪切应变的螺型位错网格是由a[100]和a[0 0]两组纯螺型位错构成。他们通过实验设计及分析，进一步揭示了位错网格随薄膜厚度的演变规律(图3)，并对螺位错相关的电学、光学特性进行了探索性研究。

这一工作阐明了氧化物异质外延结构中剪切应变的显著效应及其弛豫机制，明确了剪切应变与螺位错形成的直接关联。提出剪切应变的大小可以通过不同衬底和掺杂等直接进行调控的观点，进而对未来基于剪切应变调控的异质外延体系设计提供了可行的方法。同时，在异质外延体系中引入可控纯螺型位错阵列也为深入理解螺型位错的结构本质和基于螺型位错的材料结构与性能研究开辟了一条新途径。 

                                                                                 图1：BiFeO₃(15 nm)/DyScO₃(001)o平面样品中的螺位错网格        

                                                                               图2：位错在不同离焦值下的平面HAADF-STEM像