邢献然Advanced Materials：纳米PbTiO3中铁电增强

jianchi

铁电性就是指具有自发极化现象,并且随着外加电场的改变极化方向反转的性质。它是近程排斥力和长程库仑力这两种相互作用之间微妙平衡而产生的一种现象。通常情况下，铁电性随着材料的尺寸减小而逐渐衰减，当减小到一个临界尺寸时，铁电性消失。然而，电子产品轻薄化的发展进程要求电子器件的尺寸越小越好，存储密度越高越好。如何在纳米铁电体中保持良好的铁电性能是一个亟待解决的难题。迄今为止，以典型的钙钛矿铁电体PbTiO3为例，两种方法用于来增强纳米结构中的铁电性：负压设计和应力工程。通过相变产生的负压，可以在PX相一维纳米线PbTiO3中实现铁电增强。应变工程通常应用于二维铁电薄膜中，主要是通过基底晶格应力实现。但是对于零维铁电体而言，维持抑或是增强铁电性仍然是一个艰巨的挑战。

       北京科技大学固体化学所邢献然教授及其研究团队通过表面修饰引入负压在12 nm PbTiO3上实现了铁电性能的增强。研究显示，PbTiO3纳米颗粒显示出沿c轴方向的负压（Δc/cbulk × 100% = −2.406），同时表现出比体相材料（56.2 μC cm-2）更大的自发极化（71.2 μC cm-2）。进一步的原子对分布函数和X射线吸收精细结构谱实验反映了纳米化后相应的结构演变。从亚埃级分辨率的扫描透射电子显微镜上可以清晰观察到PbO终端在颗粒表面分布占绝对优势。第一性原理计算表明，表面的这种特殊变化使得铅原子和氧原子的杂化增强是铁电极化增强的主要原因。
       该工作中基于表面修饰调控铁电性，不仅可以作为一种普适方法，应用于改善其他材料铁电及相关功能特性，也期望能为现代铁电器件设计提供新的思路。相关论文在线发表在Advanced Materials（DOI:10.1002/adma.202002968）上。


      文章来源：https://www.materialsviewschina.com/
      邢献然，北京科技大学教授。1988年在安庆师范学院获学士学位，1994年3月在北京科技大学获博士学位，留校任教之今，历任讲师、副教授、教授。2007年获国家杰出青年基金资助，2012年教育部创新团队负责人；英国皇家化学会会士（FRSC）、Chemical Communications期刊顾问编委等、Inorganic chemistry Frontiers、International J Minerals, Metallurgy and Materials、《稀土学报》（中、英）、《高等学校化学学报》（中、英）、《结构化学》等期刊编委。一直从事固体化学教学研究工作，在固体新物质的合成、负热膨胀化与物性、晶体结构与磁结构等取得系统性、创新性成果。在Science、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. Lett.、CCS Chemistry等主流期刊发表学术论文200余篇，获省部级科技奖励4项，授权国家发明专利20余件。作为大会主席主办国际固体/材料化学学术会议4次，国际及区域性国际会议上作大会报告和邀请报告40余次；主持多项国家自然科学基金重点/重大项目与教育部创新团队项目。