Nanoscale structure and mechanism for enhanced electromechanical response of highly-strained BiFeO3 thin films
应变诱导结构相变在BiFeO 3的纳米结构演化的检查。使用高分辨率的X射线衍射和扫描探针显微镜为基础的研究，我们已经独特地确定和检查了许多阶段存在于这些相边界，并发现了一个中间单斜相除了以前观察到的菱面体和四方体状相。进一步的分析已经确定，这些膜的所谓的混合相区域不是菱面体和四方体状相的混合物，而是高度扭曲的单斜相的紧密混合物，没有证据表明存在菱面体状母相。最后，我们提出了一种机制，在这些薄膜中，包括这些阶段如何在纳米级相互作用，产生大的表面应变的增强机电响应。
2011-05-20 cond-mat.mtrl-sci
On ``Epitaxial Pb(Zr,Ti)O$_3$ thin films with coexisting tetragonal and rhombohedral phases''
本文提出了PZT薄膜- MgO基片系统的热膨胀效应理论.我表明，基板的弹性特性必须考虑到描述这种效果。
2001-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent polarization of strained BiFeO3 films with constant tetragonality
我们用低能电子和光电子发射显微镜测量了BiFeO 3薄膜中铁电畴的剩余极化，其厚度可达3.6 nm。在连续介质理论预测的5-7 nm的临界厚度以下，测得的偏振强烈衰减，而四角畸变没有改变。我们解决这个明显的矛盾，使用基于第一性原理的有效哈密顿计算。在超薄膜中，接近开路电边界条件的能量学，即未屏蔽的去极化场，驱动系统通过从单一面外极化到纳米级条带域的相变，从而产生如通过电子显微镜测量的接近于零的平均剩余极化，同时保持由非-每个单独域的零极化状态。
2013-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Signature of half-metallicity in $\text{BiFeO}_\text{3}$
$\text{BiFeO}_\text{3}$由于具有良好的多铁性，在过去的几十年里引起了人们的极大关注。在基态下，发现体相$\text{BiFeO}_\text{3}$为菱面体相。然而，已经可以稳定具有四氢呋喃结构的$\text{BiFeO}_\text{3}$。四面体相的重要性是由于它的电极化的强度值大得多，并且与菱形相一样，铁磁性可能是稳定的。此外，已经报道了具有不同的$c/a$比率的$\text{BiFeO}_\text{3}$的四元结构，从而开辟了更丰富的电子相集合的可能性。在这项工作中，我们已经使用基于密度泛函理论的第一原理方法来研究作为$c/a$比率的函数的四重$\text{BiFeO}_\text{3}$结构的铁磁相。我们已经发现，随着$c/a$比率从$1.264$减小到$1.016$，四元$\text{BiFeO}_\text{3}$在通过\emph{half-metallic}相的同时从铁磁半导体演变为铁磁金属。当相对于每个结构的体积观察时，电子性质的这种演变变得更加有趣。最稳定的半金属相最初与直觉相反地随着体积的减小而演变为磁性半导体相，并且在体积进一步减小之后，其最终变成金属。到目前为止，这种类型的金属到绝缘体的压缩转变只存在于碱金属，特别是锂，重碱土金属和一些二元化合物中。
2021-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Driven Structural Phase Transition in Tetragonal-Like BiFeO3
高应变的BiFeO 3呈现出仅在外延膜中发现的“类四边形、单斜”晶体结构（面外晶格参数超过面内值>20%）。先前的工作表明，该相在室温下被适当地描述为M $_{C}$单斜结构[具有（010）$_{pc}$对称平面，其包含铁电极化]。在这里，我们显示了详细的温度依赖性的X射线衍射数据，证明了在~ 100 C的结构相变到高温M $_{A}$相[“四方形”，但具有（1-10）$_{pc}$对称平面]。这些结果表明，应变BiFeO $_3$的铁电性能和畴结构将强烈的温度依赖性。
2011-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Polarized Raman spectroscopy of nearly-tetragonal BiFeO$_3$ thin films
BiFeO $_3$薄膜在高的双轴压应变下可以外延稳定在近四方相。本文研究了约束BiFeO $_3$薄膜的偏振拉曼光谱，这些薄膜具有类四方体（BFO-T）、类菱形体（BFO-R）和多相（BFO-T + R）结构。基于拉曼谱线的数目和对称性的分析，我们提供了强有力的实验证据表明，近四斜晶系薄膜是单斜晶系（$Cc$对称性），而不是四斜晶系$(P4mm)$。通过拉曼映射技术，我们发现BFO-T和BFO-R相的相对分数依赖于薄膜厚度的本地化共存。
2010-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Low Symmetry Phase in (001) BiFeO$_3$ Epitaxial Constrained Thin Films
用同步辐射X射线衍射确定了（001）取向的BiFeO $_3$外延薄膜的晶格。通过选择合适的包含固定（001）反射的散射区，我们发现室温下薄膜中存在类似于$M_A$相的低对称相。这些结果表明，在相稳定性的变化，从菱形体在大块单晶，在外延薄膜的修改单斜结构。
2005-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Unit cell orientation of tetragonal-like BiFeO$_3$ thin films grown on highly miscut LaAlO$_3$ substrates
同步加速器和实验室规模的X射线衍射表明，在错切LaAlO 3衬底上的四方形T '-BiFeO 3薄膜（错切< 5度）显示出偏离衬底的（00 l）-平面，正如“Nagai模型”所预测的那样（除了错切<0.2度）。甚至在100 nm厚的膜中也实现了高达1度的倾斜，明显大于在其他钙钛矿中观察到的倾斜。我们将此归因于大的c/a比和T '-BiFeO_3/LaAlO_3界面的高结晶相干性。通过观察到的“对角线对对角线”对齐，这种一致性是可能的。有趣的是，基板的错切不影响单斜结构域的相对人口。
2013-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic Ordering Induced Giant Optical Property Change in Tetragonal BiFeO3
磁有序性是磁性材料的重要特性之一，对材料的能带结构、自旋相关输运等重要性质有着重要的影响。然而，它的测量，特别是对于反铁磁有序的情况下，通常是很难实现的。在这里，我们证明了磁有序检测的可行性，使用非接触和无损的光学方法。以压应变四元BiFeO 3（BFO）为例，结合密度泛函理论计算和最小单带紧束缚模型，发现BFO从C1型反铁磁（AFM）相转变为G型AFM相时，价带顶从Z点移动到了Γ点，使得原来的直接带隙变为间接带隙.这可以通过使用Harrison方法的双中心Slater-Koster参数来解释。磁有序化对能带色散的影响显著改变了四元BFO的光学性质。对于线性的，光学带隙的能量移动可以高达0.4 eV。对于非线性的，变化更大。G-AFM的二次谐波产生系数d33比C1型AFM的二次谐波产生系数小13倍以上。最后，提出了一种利用光学方法区分BFO的C1型和G型AFM的实用方法，这对于下一代信息存储技术具有重要意义，并拓宽了BFO在光开关中的潜在应用。
2015-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale domains in strained epitaxial BiFeO3 thin Films on LaSrAlO4 Substrate
采用脉冲激光沉积法在（001）LaSrAlO 4单晶衬底上外延生长了不同厚度的BiFeO 3薄膜。高分辨率的X射线衍射测量表明，一个四方形的相与c-晶格常数~4.65 <$A是稳定的一个大的失配应变。此外，在约50 nm及以上的膜厚度下，还检测到c晶格常数为约3.99 μ m的类菱形相，以减轻大的失配应变。面内压电力显微镜研究显示出清晰的信号和四方形区域的自组装纳米级条纹畴结构。这些研究结果表明，在BiFeO 3薄膜进行大的压缩应变的纳米级域图案的复杂的图片。
2011-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric domain scaling and electronic properties in ultrathin BiFeO3 films on vicinal substrates
我们报告电切换极化和铁电畴缩放在5 - 100 nm的厚度范围内的BiFeO3薄膜沉积在[110]邻位衬底。采用脉冲激光沉积技术沉积了不同厚度的BiFeO3薄膜，底层为SrRuO3。这些膜具有分形畴图案，畴宽度与膜厚度的平方根密切相关，符合Landau-Lifschitz-Kittel（LLK）定律。压电响应力显微镜的开关光谱为所有薄膜的铁电开关行为提供了明确的证据。利用准粒子自洽GW（QPGW）近似，我们研究了与直接隧穿行为有关的物理参数，即电子的有效质量和有效势垒高度。对于菱形BFO，我们报告了一个大的有效势垒高度值为3.6 eV，这是在合理的协议与纳米级的运输测量。QPGW研究具有P4mm对称性的四面体BFO结构揭示了0.38 eV的势垒高度，与其菱形对应物相比显著更低。这种差异对近四方BFO相的输运性质具有非常重要的影响。
2010-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Structural Origin of the Metal-Insulator Transition of Multiferroic BiFeO3
我们报道了铁酸铋（BiFeO 3）金属-绝缘体相变的X射线结构研究，它是温度和压力的函数（931 ℃，大气压和约100 ℃）。45 GPa）。基于实验结果，我们认为金属γ相不是菱面体而是相同的立方Pm 3 m结构，无论是通过高温还是高压获得的，MI转变是二级或非常接近二级，这是由于立方相中的半金属带重叠而不是Mott转变的带型转变，并且它主要是结构性的，而不是S=5/2到S=1/2的高自旋/低自旋电子跃迁。我们的数据是兼容的正交Pbnm结构的β相确定的中子散射研究阿诺德等人。[Phys. Rev. Lett. 2009年];这种β相的细节也是有争议的，有五种晶体类型（立方，四面体，斜方，单斜和菱形！）所有这些都在最近的出版物中得到了保护。
2009-02-05 cond-mat.mtrl-sci
The Magnetoelastic Distortion of Multiferroic BiFeO$_3$ in the Canted Antiferromagnetic State
利用太赫兹光谱，我们表明，自旋波频谱的多铁性BiFeO $_3$在其高场倾斜反铁磁态是很好地描述了违反菱面体对称性的自旋模型。我们证明了倾斜反铁磁态的单斜畸变是由晶格和两个几乎反平行的自旋之间的单离子磁弹性耦合引起的。修正的自旋模型BiFeO $_3$包含两个新的单离子各向异性项，违反菱面体对称性，并依赖于磁场的方向。
2020-12-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure-induced phase transitions of multiferroic BiFeO3
利用同步辐射X射线衍射和金刚石对顶砧技术研究了BiFeO_3在室温下的压致相变。实验结果表明，BiFeO 3在7 GPa压力下由菱方相（R3 c）转变为单斜相（C2/m），在11 GPa压力下转变为斜方相（Pnma），这与最近的从头计算结果一致.然而，在5-7 GPa的压力范围内，我们观察到了另一个在2θ=7°处的峰，这是以前没有报道过的。进一步的分析表明，该反射峰是由正交相（Pbam）引起的，表明在低压范围内单斜相和正交相共存。
2013-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field induced phase transitions in rhombohedral PZN-xPT
对（1-x）Pb（Zn_（1/3）Nb_（2/3））O_（3-x）PbTiO_3（PZN-xPT）晶体（x= 4.5和8%）进行的高能X射线衍射实验表明，沿[001]方向施加电场可诱导出Park和Shrout提出的四方相。我们的实验表明，在4.5PT这样的相变发生通过第三相单斜对称，MA，这是观察到在中间场值。这与Fu和Cohen的第一性原理计算一致，预测了该材料中菱形相和四面体相之间的极化旋转。菱形相和四面体相之间的不同极化路径，通过第二个单斜相，MC，先前已在8 PT中报道。这些晶体的微观表征使我们能够解释在电场下在PZN-x%PT中观察到的超高宏观应变。此外，一些不寻常的散射轮廓显示的非常好的晶体，是实验证据的高度非谐性和近简并的不同阶段，在这些极其可变形的材料。
2002-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Optical signatures of defects in BiFeO$_3$
本文通过从头计算光谱研究菱形 BiFeO$_3$ 吸收起始附近的光学跃迁本质，并系统揭示掺杂、本征缺陷和铁电畴壁等典型缺陷的光谱特征。
2023-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Nanosecond Phase Transition Dynamics in Compressively Strained Epitaxial BiFeO3
在纳秒级电场脉冲作用下，高应变BiFeO 3（BFO）薄膜在不同结构和性质的相之间发生了相变。时间分辨同步辐射X射线显微衍射表明，相之间的稳态变换是伴随着一个动态的组成部分，这是逆转后，删除的字段。稳态测量结果表明，大约20%的体积上生长的BFO薄膜的LaAlO 3衬底上可以可重复地转换之间的菱形和四边形状相的电场脉冲幅度高达2 MV/cm。在电场脉冲结束后，转换被反转的瞬态分量可以转换BFO层的类似部分，并且在受薄膜电容器的充电时间常数限制的时间尺度上快速发生。类四方相的压电膨胀导致高达0.1%的应变，该相的压电系数的下限为10 pm/V。密度泛函理论计算提供了对相变机制的深入了解，表明赋予这种量级的瞬时应变有利于从菱形相到四方相的转变。
2015-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Ceramic processing and multiferroic properties of the perovskite YMnO$_3$-BiFeO$_3$ binary system
钙钛矿结构的（1-x）YMnO $_3$ -xBiFeO $_3$二元体系由于其端元的多铁性而具有很好的应用前景。纳米晶相最近已通过机械合成整个系统，并已描述的钙钛矿结构的演变。两个连续的固溶体与正交Pnma和菱面体R3 c对称性被发现，共存于一个广泛的组成区间0.5 < x < 0.9。这可能是一个极性-非极性morphotropic相边界区，在那里可以预期的强相变磁电响应。一个主要问题是在中等温度下的相分解，这使陶瓷加工高度复杂化。这是进行良好的电气表征以及在器械中使用所需的。本文介绍了放电等离子烧结技术在YMnO $_3$ -BiFeO $_3$陶瓷制备中的应用。这种先进的技术，当与纳米晶粉末结合时，允许在降低的加工温度和时间下致密化相，从而避免钙钛矿分解。完成了电测量，并且显示响应主要由传导主导。尽管如此，本征介电常数，并揭示了一个显着的增强相共存区。此外，还证明了所有菱面体相的铁电体的瑞利型行为特征。在该区域进行了磁性表征，并显示出反铁磁性。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Low-Symmetry Monoclinic Phases and Polarization Rotation Path Mediated By Epitaxial Strain in Multiferroic BiFeO3 Thin Films
在无铅多铁性BiFeO_3薄膜中观察到了由外延应变驱动的准同型相界，并且应变驱动的相变是等对称的Cc-Cc相变。本文提出在（001）LaAlO_3单晶衬底上外延生长的BiFeO_3相为单斜MC。该MC相不同于在低失配衬底上生长的BiFeO 3薄膜中报道的MA型单斜相，例如SrTiO 3。这不仅证实了同步辐射X射线研究，但也通过piezoresponse力显微镜测量。类四边形相位的偏振矢量位于（100）面，而不是先前报道的（110）面。对MC相的形成进行了唯象分析。这样一个低对称性MC相，其链接到MA相和多相共存打开一个途径，在BiFeO 3薄膜的大压电响应和揭示对可能的极化旋转路径和增强的多铁性BiFeO 3薄膜介导的外延应变的完整理解。这一工作也有助于理解在其他铁电系统中发展新的无铅应变驱动准同型相界。
2010-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and thickness evolution and epitaxial breakdown in highly-strained BiFeO3 thin films
我们提出的温度和厚度依赖的应变诱导的转变在高应变外延BiFeO 3薄膜沉积在LaAlO 3（001）衬底上的结构和形态的演变。使用高分辨率的X射线衍射和温度相关的扫描探针为基础的研究，我们观察到一个复杂的温度和厚度依赖的演变相在这个系统中。从一个单一的单斜扭曲的四边形状相到一个复杂的混合相结构的薄膜厚度为200 nm的厚度依赖性的转变是应变诱导的旋节不稳定性的BiFeO 3/LaAlO 3系统的结果。此外，这种应变稳定的亚稳混合相结构的非外延微晶的母体菱面体结构的BiFeO 3的击穿观察到发生在一个临界厚度为300 nm。我们进一步提出了一种机制，这种突然的故障，提供了洞察竞争的性质，在这个系统中的阶段。
2011-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Crystallite size dependence of morphotropic phase boundary in the multiferroic BiFeO3-PbTiO3
在磁电多铁性BiFeO 3-PbTiO 3的准同型相界（MPB）被证明是唯一依赖于微晶尺寸。该系统在烧结过程中表现出异常晶粒生长（AGG）的现象，晶粒尺寸从约1微米突然增加到约10微米。大尺寸的自由微晶（10微米）表现出纯的四方晶相。在将尺寸减小到约1微米后，相共存开始。这些结果证明，尺寸，而不是内应力，作为控制机制，稳定相共存在这个系统中。
2015-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Super-R BiFeO$_3$: Epitaxial stabilization of a low-symmetry phase with giant electromechanical response
压电体将机械能和电荷相互转换，并广泛用于致动器和传感器。性能最好的材料是在准同型相界（MPB）的铁电体，其中几个相可以紧密共存。通过电场在这些相位之间切换产生大的机电响应。在铁电体BiFeO $_3$中，应变可用于产生MPB样相混合物，从而产生大的电场依赖性应变。然而，这种增强的响应发生在膜的局部的、随机定位的区域，这可能使纳米器件设计复杂化。在这里，我们使用外延应变和取向工程串联-各向异性外延-工艺迄今为止不可用的低对称相的BiFeO $_3$，其作为菱面体状和四边形状多晶型物之间的结构桥梁。干涉位移传感器测量和第一原理计算表明，在外部电偏压下，该相经历了向四边形多晶型物的过渡，产生了超过200%的压电响应增强，以及相关的巨场诱导可逆应变。这些结果为在薄膜中设计巨大的机电性能提供了一条新的途径，为其他功能氧化物系统提供了更广阔的前景。
2021-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring of charge carriers with deposition temperature in pulsed laser deposited BiFeO3 thin films
本研究通过脉冲激光沉积在400-700°C下制备BiFeO3薄膜，发现随沉积温度升高，薄膜电导率从n型转变为p型，分别由氧空位和铋空位引起，为非易失性存储和神经形态器件应用提供了新途径。
2025-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Influence of space charge on domain patterns and susceptibility in a rhombohedral ferroelectric film
空间电荷区域的存在在带电区域内感应出内部电场，在铁电材料中，该内部电场将旋转极化以与电场对准。因此，感应场的强度将决定材料的畴模式和偏振转换特性。利用相场模型研究了菱面体相BiFeO $_3$薄膜中的电荷层效应。虽然在一个不带电的BiFeO $_3$膜的域图案仅由两个极化的变体，我们观察到复杂的图案与四个共存的变体，在足够高的感应场的带电层内形成。这些变体形成了头对头配置，其界面是波状的或平面的，这取决于内部场强，其由电荷密度以及带电层的厚度确定。对于具有足够厚度的耗尽层，存在一个电荷密度值范围，对于该范围，界面是波浪形的，而在高密度下，界面变为平面。我们发现，具有波浪形界面的膜与不带电膜相比，表现出增强的可磁化性，同时降低了介电常数。我们的工作结果表明，通过仔细选择掺杂剂密度和电极材料引入空间电荷区域可以设计出具有更小滞后的更高响应的畴图案。
2015-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the giant linear magnetoelectric effect in perovskite-like multiferroic BiFeO$_3$
本文研究了菱方多铁性BiFeO $_3$中线性磁电效应的机制。这项研究是基于对称性的方法的Ginzburg-Landau型，其中极化，反铁磁畸变，反铁磁动量矢量被视为有序参数。我们证明了BFO中的线性ME效应是由反铁磁畸变矢量在电场或磁场中的重取向引起的。的数值估计，这表明定量协议与最近的测量结果在薄膜样品，已进行。研究了外加静态电场显著增强磁电效应的可能性。所考虑的方法是有前途的解释高价值的ME效应的复合膜和异质结构与BFO。
2015-11-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles predictions of low-energy phases of multiferroic BiFeO3
我们使用第一性原理的方法进行系统的搜索潜在的稳定相的多铁性BiFeO 3。我们考虑了与钙钛矿氧化物中最常见的原子畸变兼容的模拟电池，并发现了大量的能量在100 meV/f. u内的局部最小值。铁电体基态。我们讨论了所发现的各种低对称结构，以及这些发现对当前实验的影响（例如，在薄膜显示{ \em super-tetraxine}相）和理论（在BiFeO 3的结构相变模型）上对该化合物进行了研究。
2011-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of BiFeO$_3$-BaTiO$_3$ ceramics in the morphotropic phase boundary: a role of crystal structure and structural parameters
用X射线衍射、中子衍射、磁测量和穆斯堡尔谱研究了（1-x）BiFeO $_3$ -（x）BaTiO $_3$的晶体结构和磁性之间的关系。掺杂剂含量的增加导致通过两相区（0.2 < x < 0.33）的形成从菱面体相到立方相的结构转变，其中磁结构通过具有非零剩磁的非共线反铁磁相的稳定化从调制的G型反铁磁改变到共线反铁磁。基于穆斯堡尔和中子衍射数据计算的每个铁离子的磁矩值从x=0.25的化合物的m = 4.4 mB降低到x=0.35的化合物的m=3.2 mB，证明铁离子的3+氧化态占优势。立方相量的增加导致剩磁从具有主要菱面体相（x < 0.27）的化合物的0.02emu.g降低到具有主要立方结构（x ≥ 0.27）的化合物的约0.001emu/g。在整个相共存区的化合物中观察到的剩磁的快速下降点在结构畸变和非零剩磁的类型之间没有直接的相关性，而氧八面体倾斜是确定非零剩磁存在的关键因素。
2021-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for First Order Cubic Paraelectric to Rhombohedral Ferroelectric Phase Transition in 0.8BiFeO3-0.2Pb(Fe1/2Nb1/2)O3
通过对0.8BiFeO_3-0.2Pb（Fe_1/2Nb_1/2）O_3（BF-0.2PFN）铁电相变序列的研究，解决了目前关于BiFeO_3存在中间β相和高温顺电γ相的争论。结果表明，室温下R3 c空间群的0.8BF-0.2PFN铁电相直接转变为顺电/顺弹立方（Pm-3 m）相，没有文献报道的中间“β”相。这种转变是一级类型的证实了在100 K范围内的R3 c和Pm-3 m相的共存和在晶胞体积的不连续的变化。
2009-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Large tensile strain induced monoclinic MB phase in BiFeO3 epitaxial thin films on PrScO3 substrate
研究了在正交晶系（110）oPrScO 3衬底上生长的张应变BiFeO 3薄膜的晶体结构和畴结构。所有薄膜都具有MB型单斜结构，109 o条纹畴沿[<$10]o方向取向。对于薄膜厚度小于~40 nm，存在良好的有序域证明了卫星峰在同步辐射X-射线衍射研究的检测。对于较厚的膜，仅检测到来自倾斜畴的布拉格反射。使用平面电极，测得MB相的面内极化率为85 μ C/cm ~ 2，远大于压应变BiFeO_3薄膜的面内极化率。我们的研究结果进一步揭示了衬底的单斜畸变在菱形铁电外延薄膜的条纹畴形成中起着重要的作用，这也为理解其他功能氧化物薄膜中弹性畴结构的演化提供了线索.
2013-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on ferroelectric polarization in multiferroic BiFeO3 films
采用脉冲激光沉积法在SrTiO 3（001）衬底上以SrRuO 3为底电极生长了厚度为40 ~ 960 nm的BiFeO 3多铁性外延薄膜。X射线衍射分析表明，随着薄膜厚度的增加，薄膜的结构由c/a ~ 1.04的角畸变四面体转变为c/a ~ 1.01的块状畸变菱面体。尽管有这种显著的结构演变，但如从沿法线方向的测量计算的，沿着扭曲的伪立方晶胞的体对角线的铁电极化几乎没有变化。
2007-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Modification in structural, dielectric and magnetic properties of La and Nd co-substituted epitaxial BiFeO3 thin films
研究了La和Nd共掺杂对BiFeO 3（BFO）薄膜结构和磁性的影响。采用脉冲激光沉积法在SrRuO 3缓冲单晶SrTiO 3（001）衬底上制备了纯BFO和La、Nd共掺杂BFO的外延薄膜。研究了La和Nd共掺杂BFO薄膜中由于离子半径失配引起晶格力常数变化而引起的结构变化。拉曼光谱研究表明，掺杂BFO薄膜中的结构变化，从菱面体到单斜畸变相，这是由La和Nd的共同取代引起的。室温磁滞曲线表明，饱和磁化强度在20 emu/cm 3的饱和磁化强度的掺杂膜的增强。与纯BFO薄膜相比，BLNFO薄膜的介电和磁性能得到了有效的改善。
2013-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of crystal structure on charge carrier effective masses in BiFeO$_3$
铁电基光致发光材料由于其内置的电荷分离能力而显示出作为可再生能源的巨大前景，但其效率通常受到低载流子迁移率的限制。在这项工作中，我们比较光伏前景的各个阶段的多铁性材料BiFeO $_3$通过评估其载流子有效质量，使用第一性原理模拟。我们确定了一个tetraphite相的一个大的自发极化和相对轻的载流子的有前途的组合。从一个系统的研究中存在的八面体扭曲BiFeO $_3$，我们解释结构和有效质量的变化方面的轨道字符和重叠的能带边缘，导致在几何形状的变化之间的关系。在这项研究中的发现提供了一些设计原则，工程师所需的有效质量BiFeO $_3$和类似的材料，通过操纵他们的晶体结构在实验上可访问的方式。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Reversibly Strain Engineering and Electric-Field Control of Crystal Symmetry in Multiferroic Oxides
本研究通过薄膜厚度调控残余应变，在 La 掺杂 BiFeO3 薄膜中稳定反铁电正交相，并实现电场下其与铁电菱方相之间的可逆相变。
2025-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Stability of the monoclinic phase in the ferroelectric perovskite PbZr(1-x)TixO3
最近对PbZr（1-x）TixO 3（PZT）（x= 0.48）铁电体结构的研究发现，在准同型相界（MPB）附近存在一个新的单斜相，该相界以前被认为是PZT相图中菱形和四面体区域的分界线。在本文中，所有三个相的稳定区域已建立从高分辨率同步辐射X射线粉末衍射测量的一系列高度均匀的样品，0.42 <=x<= 0.52。在20 K时，单斜相在0.46 <=x<= 0.51的范围内是稳定的，并且这个范围随着温度的升高而变窄。一个一级相变从四面体到菱面体对称的观察只有x= 0.45。因此，MPB不对应于四方-菱面体相边界，而是对应于0.46 <=x<= 0.51的四方相和单斜相之间的边界。这一结果提供了重要的洞察单斜相和PZT的惊人的压电性能之间的密切关系，特别是，极化样品的调查表明，单斜畸变的PZT异常高的压电响应的起源。
2000-06-08 cond-mat.mtrl-sci
A tetragonal-to-monoclinic phase transition in a ferroelectric perovskite: the structure of PbZr(0.52)Ti(0.48)O3
类钙钛矿铁电系统PbZr（1-x）Ti（x）O3（PZT）在x=0.45-0.50附近具有接近垂直的准同型相界（MPB）。Noheda等人最近的同步加速器X射线粉末衍射测量[Appl. Phys. Lett. 74，2059（1999）]已经揭示了在先前建立的四面体和菱面体区域之间的新的单斜相。在本工作中，我们描述了在x= 0.48的样品上的四斜和单斜PZT相的详细结构的Rietveld分析，对于该样品，晶格参数分别为：at= 4.044 A，ct= 4.138 A，在325 K，和am= 5.721 A，bm= 5.708 A，cm= 4.138 A，β = 90.496 °，两万美元在四方相中，原子沿极性[001]方向的位移类似于PbTiO 3中的位移，但细化表明，此外，垂直于极轴的Pb原子存在约0.2 A的局部无序位移。单斜结构可以被看作是沿着<110>四斜相中存在的局部位移的方向之一的凝聚。它同样很好地对应于一个冻结的局部位移沿一个<100>方向最近报道的Corker等人。[J.物理学。康登斯。Matter 10，6251（1998）]。因此，单斜结构提供了MPB区域的显微照片，其中“平均”菱形或四面体结构中的“局部”单斜相之一冻结出来，因此代表这两相之间的桥梁。
1999-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale ferroelectricity in pseudo-cubic sol-gel derived barium titanate -- bismuth ferrite (BaTiO$_3$-BiFeO$_3$) solid solutions
采用柠檬酸和乙二醇辅助溶胶-凝胶法制备了钛酸钡-铁酸铋（（1-x）BaTi $_3$ -（x）BiFe $_3$，BTO-BFO）固溶体。根据掺杂剂的含量，样品的特征在于由四面体，四方-伪立方，伪立方和菱面体结构的拉曼光谱和XRD测量证实。BFO含量的增加导致晶胞参数的降低，伴随着晶胞的极性畸变的降低，其中平均粒度从60 nm增加到350 nm。X-射线衍射分析表明，该化合物的晶体结构没有极性畸变，但具有假立方结构，具有非零的压电响应。讨论了所观察到的不可忽略的压电响应的起源，假设纳米级的极性和非极性相的共存归因于具有高BFO含量的固溶体。具有极性和非极性特征的纳米尺度区域的共存被认为是增加相关化合物中的宏观压电响应的关键因素，这是由于畴壁和相边界的流动性增加。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Evolution of the crystal structure and magnetic properties of Sm-doped BiFeO3 ceramics across the phase boundary region
采用乙二醇辅助的溶胶-凝胶法制备了具有纳米尺寸晶粒的钐掺杂BiFeO 3化合物。X-射线衍射和SEM测量以及拉曼光谱和FTIR实验被用来澄清在具有式Bi 1-xSmxFeO 3的化合物中在微观和局部尺度水平上的晶体结构的演变，其中x等于0至1。磁化强度测量以及结构数据被用来确定化合物的磁性和晶体结构之间的相关性。具有从x 0.1-0.2的化合物的特征在于由掺杂剂增加驱动的结构转变的顺序，从极性菱形相到非极性正交相经由特征在于存在反极性正交相的两相区域。菱形相和反极性正交相以及反极性正交相和非极性正交相共存的浓度区分别在0.12 ~ 0.15和0.15 ~ 0.18范围内。具有单相菱面体结构的化合物的特征在于，与具有类似化学组成但通过固态反应方法合成并且具有微观尺寸微晶的陶瓷相比，剩余磁化的释放。讨论了结构畸变类型、微晶形态和剩余磁化强度的发生之间的相关性，强调了改性溶胶-凝胶法和常规固相反应技术制备的Sm掺杂陶瓷的晶体结构和磁化强度的演变差异。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
BiFeO$_3$ nanoparticles at low-temperature using atomistic simulations -- surface charge distribution and terminations
本文通过基于第一性原理的原子模拟，研究表面终止面和电荷分布对BiFeO₃纳米颗粒铁电性质的影响，发现多种多畴构型及中性终止面下稳定的条纹状非菱方相，并系统评估了极化、氧八面体旋转和体积变化。
2024-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Periodic elastic nanodomains in ultrathin tetrogonal-like BiFeO3 films
利用同步辐射掠入射X射线衍射分析了在LaAlO 3衬底上生长的高应变BiFeO 3薄膜的电畴结构和极对称性。我们揭示了存在的周期性的弹性纳米畴在纯四边形的BFO薄膜的厚度下降到6 nm。公开了一种独特的剪切应变调节机制。我们进一步证明了纳米畴的周期性随膜厚度增加而增加，但偏离了经典的Kittel平方根定律，在100 μ m厚度范围内（6 - 30 nm）。温度依赖性实验还揭示了由于MC-MA结构相变，90 ℃以上的周期性调制消失。
2013-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Triclinic BiFeO3: A room-temperature multiferroic phase with enhanced magnetism and resistivity
研究结合实验、Monte Carlo 模拟与 DFT 计算，发现 BFO/LNMO 复合材料中的三斜相（P1）BFO 具有更高磁矩、磁电耦合和电阻率，是有前景的室温多铁相。
2023-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High-resolution synchrotron XRD study of Zr-rich compositions of Pb(Zr_xTi_1-x)O_3 (0.525\leq x \leq 0.60): evidence for the absence of the rhombohedral phase
对0.525 \leqx \leq 0.60的Pb（Zr_xTi_1-x）O_3（PZT）的同步辐射XRD数据进行Rietveld分析，结果表明在准同型相界（MPB）富Zr一侧不存在菱面体相。结果表明，当\leq x \leq为0.60时，PZT的结构为单斜晶系，空间群为Cm.单斜畸变的性质从0.525 \leqx \leq 0.54的伪四面体变为x>0.54的伪菱面体。
2008-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the high piezoelectric response in PbZr(1-x)TixO3
高分辨率的X射线粉末衍射测量极化PbZr（1-x）TixO 3（PZT）陶瓷样品接近菱面体-四面体相界（所谓的准同型相界，MPB）表明，无论是菱面体和四面体的组合物，压电伸长的晶胞不发生沿极性方向，但沿那些方向与单斜畸变。这项工作提供了第一个直接证据的起源非常高的压电PZT。
2000-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Leveraging the Bi$_2$O$_3$--Fe$_2$O$_3$ Phase Diagram to Tailor BiFeO$_3$ Structure and Dielectric Response
通过优化Bi₂O₃--Fe₂O₃相图控制BiFeO₃结构，实现介电响应和电导率的显著提升。
2025-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for pressure induced polarization rotation, octahedral tilting and reentrant ferroelectric phase in tetragonal (Pb0.5Bi0.5)(Ti0.5Fe0.5)O3
尽管四元PbTiO 3在压电换能器工业中具有重要的技术意义，但其高压行为作为两种完全不同的情况是相当有争议的，包括压力诱导的（1）准同型相界（MPB）样结构转变，伴随着铁电极化矢量的旋转，以及（2）反铁畸变（AFD）相变，随后出现折返铁电相，在最近的理论和实验研究中已经提出。我们试图解决这些争议，通过高分辨率的同步辐射X-射线衍射研究的压力引起的相变在四相的改性PbTiO 3组合物含有50%的BiFeO 3，其中BiFeO 3被添加到提高AFD不稳定性的PbTiO 3。本文首次提出了在中等压力pc_（1 ~2.15）GPa下AFD相变的特征超晶格反射的实验证据，与方案（2）基本一致，但高压铁电相属于单斜空间群C_c，而不是方案（2）中预测的四斜空间群I_4cm。其允许铁电极化矢量按照方案（1）旋转。结果表明，在p < 7 GPa时，Cc相的单斜畸变角和铁电极化随压力的增加而减小，但在p <2 ~ 7 GPa时，Cc相的单斜畸变角和铁电极化随压力的增加而增加，这是由于Cc-Ⅰ向Cc-Ⅱ的相变，类似于MPB体系中的MA（apc> bpc ~ cpc）向MB（apc< bpc ~ cpc）的相变。我们还表明，八面体倾斜提供了一个有效的机制，容纳压力引起的体积减少的稳定的重入铁电相CC-II。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Structural distortion and magnetism of BiFeO3 epitaxial thin films: a Raman spectroscopy and neutron diffraction study
以前的研究的生长条件表明，单相BiFeO 3薄膜只能在一个狭窄的压力-温度窗口，这些薄膜显示出弱的磁矩。在这里，我们更详细地研究了单相BiFeO 3薄膜的结构和磁性通过倒易空间映射，拉曼光谱和中子衍射。X-射线和拉曼光谱数据表明，BiFeO 3结构是tetraphenic为70 nm厚的薄膜和单斜的变化为240 nm厚的薄膜，从而保持不同的散装（菱面体）结构。在240 nm的单斜扭曲膜中子衍射实验允许观察的G-型反铁磁秩序在散装单晶。然而，卫星峰相关的长波长摆线存在于散装BiFeO 3没有观察到。这些研究结果的相关性进行了讨论，为开发的磁电性能的BiFeO 3。
2007-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural Changes and Ferroelectric Properties of BiFeO<sub>3</sub>-PbTiO<sub>3</sub> Thin Films Grown via a Chemical Multilayer Deposition Method
采用化学溶液沉积法在Pt/Si衬底上制备了（1-x）BiFeO<sub>3</sub>-xPbTiO<sub>3</sub>（BF-xPT）薄膜（x ~ 0.60）。这些多层沉积的前体膜在氮气中在700°C下退火时显示出纯钙钛矿相形成。与BF：PT：：40：60的总摩尔组成的平衡四元结构相反，我们发现MA型的单斜结构的BF-xPT相。<sub></sub>压电力显微镜证实了铁电开关的薄膜，并揭示了不同的正常和横向域分布的样品。室温电性能测试表明，铁电材料具有良好的电滞回线，其回复极化强度Pr高达18 μC/cm<sup>2</sup>，漏电流低至10<sup>- 7A</sup>/cm<sup>2</sup>。
2010-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Combined electrostatic and strain engineering of BiFeO$_3$ thin films at the morphotropic phase boundary
本研究通过原位光学二次谐波产生等手段，探究压应变BiFeO3薄膜在准同型相界附近的铁电相演化，发现应变与静电稳定结合可调控相变，为超薄铁电器件提供平台。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci
The beta Phase of Multiferroic Bismuth Ferrite and its beta-gamma Metal-Insulator Transition
我们发现，外延（001）薄膜的多铁性铁酸铋BiFeO 3在室温下是单斜的，而不是像以前报道的四面体或菱面体。我们报告了一个正交有序无序β相之间的820 C和950 C与早期的报告相反。（001）BiFeO 3薄膜中的单斜-正交相转变序列（单晶中的斜方-正交相转变）类似于BaTiO 3或PbSc 1/2 Ta 1/2 O3。转变为立方$γ$相导致在950 ℃附近的正交立方β-γ转变处带隙突然向零塌陷（绝缘体-金属转变）。这种转变类似于Ba0.6K0.4BiO3中的金属-绝缘体转变。
2007-07-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electric-field induced polarization paths in PZT alloys
用从头算方法模拟了Pb（Zr_{1-x} Ti_x）O_3（PZT）在准同型相界附近和电场作用下的性质。将[111]取向的电场施加到四元PZT（例如，x=0.50）导致预期的四斜晶系、A型单斜晶系和菱面体结构的顺序。然而，将取向场[001]应用于菱形PZT（例如，x=0.47）并不简单地颠倒这个序列。相反，该系统遵循一个复杂的路径，也涉及三斜和C型单斜结构。这些后者阶段被发现表现出巨大的剪切压电系数。
2001-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature dielectric and magnetic properties of Gd and Ti co-doped BiFeO$_{3}$ ceramics
报道了磁性Gd和非磁性Ti分别取代Bi和Fe共掺杂的BiFeO $_3$样品的室温介电和磁性。采用固相反应法合成了名义成分为Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ Fe $_{1-x}$ Ti $_x$ O $_3$（x = 0.00-0.25）的陶瓷。X射线衍射图显示，由Ti的Fe的替代诱导从菱方晶系到正交晶系的相变在x $>$ 0.20。形貌研究表明，随着Ti含量的增加，平均晶粒尺寸从$\sim {~}$ 1.5 $μm$减小到$\sim {~}$ 200 $nm$。由于Ti取代，介电常数通过抑制低频处的色散而在宽范围的高频（30 kHz至20 MHz）上稳定。化合物的介电性能与其改善的形貌和降低的漏电流密度有关，这可能是由于组合物中氧空位的浓度较低。在室温下测量的Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ Fe $_{1-x}$ Ti $_x$ O $_3$（x = 0.00-0.25）陶瓷的磁性能与纯BiFeO $_3$和Ti未掺杂的Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ FeO $_3$样品的磁性能相比，随着Ti取代量增加至20 $\%$而增强。磁性的增强可能是由于掺杂抑制了BiFeO $_3$的螺旋自旋结构。磁化强度-磁场（M-H）曲线的场和磁化轴均出现不对称位移。这表明在这些化合物中存在交换偏置效应，特别是在室温下。
2015-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Stress-induced R-MA-MC-T symmetry changes in BiFeO3 films
最近发现的应力诱导结构相变中的单组分钙钛矿BiFeO 3恢复了兴趣，这种无铅铁电体。不同相的共存可能导致大的压电系数，这是通常与铅基钙钛矿的复杂固溶体相关的性质。在这里，我们报告相结合的实验和计算结果表明，应力诱导的相变在BiFeO 3遵循的路径菱（R）-单斜（MA）-单斜（MC）-四斜（T），其中MC和T显示出高度增强的c/a比。另外，该R-MA-MC-T序列仅在铅基钙钛矿中的准同型相界（MPB）附近（即，在组成上诱导的相不稳定性附近）观察到，其中其受电场、温度或组成控制。我们的研究结果代表了第一次，这种演变已被诱导在一个单一的组件系统中单独使用应变，并表明，基板施加的对称性降低结果在一个类似的相不稳定性的接近MPB固溶体。
2010-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Stabilization of the epitaxial rhombohedral ferroelectric phase in ZrO2 by surface energy
掺杂的HfO_2和HfO_2-ZrO_2化合物由于其在薄膜中的铁电性能而引起了人们极大的兴趣。在这里，我们表明，ZrO 2可以是一个操场掺杂和应变工程，以增加外延薄膜的厚度。基于从头计算支持的表面能的考虑，我们表明，纯ZrO 2外延薄膜表现出铁电菱面体相（r-相，R3 m空间群）比Hf0.5Zr0.5O2（HZO）和纯HfO 2的情况下更稳定。特别是，对于厚度高达37 nm，我们实验证明了一个单一的（111）取向的r-相的ZrO 2薄膜沉积在La 2/3 Sr 1/3 MnO 3缓冲DyScO 3（110）衬底，而四方相旁边观察到的菱面体的SrTiO 3（001）。讨论了该r相的形成，并比较了HfO 2，ZrO 2和HZO之间的关系，突出了表面能的作用。
2022-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic transitions in `T-like' BiFeO3
最近的研究报道了存在的外延稳定的四方形（T-样的）单斜相BiFeO 3薄膜具有高水平的压缩应变。虽然它们的结构和铁电性能不同于具有较低应变水平的菱面体状（“R状”）膜，但关于磁性的信息很少。在这里，我们报告了一个详细的中子散射研究的近相纯薄膜的T型BiFeO 3。通过跟踪的温度依赖性和相对强度的几个超结构峰的倒易晶格单元，我们确认反铁磁性主要是G型字符和TN = 324 K，显着低于结构相变在375 K，与以前的报告相反。在TN = 260 K时还发现了第二次相变的证据，可能是具有C型特征的少数磁相。通过简单的Fe-O-Fe键距的考虑，解释了类T BiFeO 3中两个磁相的共存以及类R和类T系统之间有序温度的差异。
2012-02-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Suppression of the ferromagnetic state in LaCoO3 films by rhombohedral distortion
在（001）取向的（LaAlO3）0.3（SrAl0.5Ta0.5O3）0.7（LSAT）衬底上生长了不同膜厚t的应变LaCoO3（LCO）薄膜。在最初的假晶生长后，薄膜开始部分地通过形成周期性的纳米孪晶来减轻它们的应变，孪晶平面主要沿着<100>方向。纳米孪晶已经在生长的初始阶段发生，尽管是以一种更温和的方式。另一方面，假晶颗粒仍然生长到至少几十纳米的厚度。孪生是由于对称性降低的外延应变的伪四面体结构向松弛的菱面体结构的散装LCO。然而，赝四元结构的晶胞体积在很大的t范围内几乎是恒定的。只有t > 130 nm的膜显示出晶格参数向与体LCO的晶格参数相当的值的显著弛豫。
2008-12-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
