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科研成果
材料学院林元华教授等在《材料科学进展》发文综述铁酸铋材料畴工程的研究进展

铁酸铋(BiFeO3)同时具有铁电性和反铁磁性,是非常罕见的室温多铁性材料。自2003年这一特性被证实后,铁酸铋材料引起了学界的广泛关注和深入研究,它的结构—性能关联和调控一直是铁电和多铁领域的焦点。近期,结合团队在该领域的研究成果,材料学院教授林元华等人系统总结了多铁材料铁酸铋中基于畴工程的调控手段,综述了畴工程在调控电学性能、磁电耦合和光学特性方面的重要作用。

铁酸铋材料具有很多优异的性能。它的铁电性非常强,大的自发极化和高的居里温度使得其在铁电存储、压电换能、介电储能等领域有广阔应用前景;它在单相中拥有铁电、铁磁两种序参量,在磁电耦合和低能耗的电控磁方面很有潜力;它的能带较传统铁电体小,与可见光波段适配较好,因此其在铁电光伏、光致伸缩等方面也颇具研究价值。


图为铁酸铋中基于畴工程的主要调控手段


在铁性材料中,一个区域内序参量(如铁电材料的自发极化、铁磁材料的自发磁化)大小、方向一致,称为畴。铁酸铋的众多优异性能都直接或间接地与其畴结构有关,因此畴工程在铁酸铋材料的性能调控和优化中具有极为重要的地位。同时,畴壁(相邻畴之间的界面)处由于序参量处在非平衡位置,存在不同寻常的新奇物理现象,诸如异常高的电导、反常光伏效应等,这方面的研究与畴结构也紧密相关,近年来迎来了快速的发展。鉴于畴结构在铁酸铋材料物性调控的中枢地位,本工作在畴—性能关联的框架下系统总结了铁酸铋各类性质的提升策略,并对进一步的研究做了展望,以《铁酸铋中基于畴工程的可控电学、磁电和光学性能》(“Controllable electrical, magnetoelectric and optical properties of BiFeO3via domain engineering”)为题3月18日在线发表在材料领域著名学术期刊《材料科学进展》(Progress in Materials Science)。

材料学院林元华教授、南策文院士团队在包含铁酸铋在内的多铁和铁电功能材料领域深耕20余年,在介电、磁电、光电和功能性畴壁等方面进行了一系列基础研究和应用探索,相关论文发表在《科学》(Science)、《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)、《自然-通讯》(NatureCommunications)、《先进材料》(AdvancedMaterials)等国际顶级期刊上,引起学界的广泛关注。

材料学院2020级博士生刘亦谦为论文第一作者,其他重要贡献者包括材料学院2020届博士毕业生潘豪(现为加州大学伯克利分校博士后)、北京航空航天大学王瑶副教授、昆明理工大学马吉副教授、江苏大学李顺教授。相关研究工作受国家自然科学基金委和科技部国家重点研发计划支持。《材料科学进展》是国际材料科学研究领域的综述性学术期刊,主要刊登在材料科学与工程某一研究领域最新研究进展的权威性评述论文。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100943

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