鐵電材料中鐵電疇壁是極化取向不同疇區的分界線，其結構和鐵性序的特征區域一般為原子尺度，和鐵電材料自身的對稱性密切相關；不僅具備二維界面優勢，更展現出與本征極化態顯著不同的結構和特性，成為界面物性調控與功能集成的重要載體。
近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心材料結構與缺陷研究部唐云龍研究員指導博士研究生劉芳、陳雙杰及碩士研究生樊雯雯等，與松山湖材料實驗室馬秀良研究員、朱銀蓮研究員開展合作研究，在無鉛鐵電材料中荷電疇壁構筑與鐵性序調控方面取得系列研究進展。相關研究成果以“Emergent ferroic orders in SmMnO?:NiO nanocomposites”“Controllable Preparation of Millimeter-Scale In-Plane Charged Domain Wall in a Lead-Free Ferroelectric Film”和“Manipulating Charged Domain Wall Arrays in BiFeO? Films by Asymmetric Electrical Boundary Conditions”為題，分別發表于Acta Materialia、Advanced Science、ACS Nano雜志。
該系列研究成果實現了從原子尺度界面結構設計、極化構型調控到界面磁、電性能的耦合，推動了無鉛鐵電材料中荷電疇壁及多鐵性功能界面的可控構筑研究：在Na?.?Bi?.?TiO?及BiFeO?薄膜中，通過熱力學和非對稱界面調控手段，實現了毫米尺度面內荷電疇壁和周期性荷電疇壁的可控構筑，為理解荷電疇壁穩定性及其后續器件集成打下基礎；進一步成功制備了SmMnO?:NiO無鉛復合鐵性薄膜，基于垂直異質結構的界面耦合機制，實現了室溫鐵電性與高轉變溫度鐵磁性的協同調控，展現出構建多鐵功能界面的應用潛力。
以上工作得到了金屬所創新基金、國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目支持。
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圖1. SmMnO?:NiO薄膜的鐵電鐵磁性能研究
圖2. Na?.?Bi?.?TiO?薄膜面內二維大尺度荷電疇壁原子與極化特性
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