Suppression of magnetism in BiFeO$_3$ ultrathin epitaxial multilayers
本手稿完成了最近两篇研究文章中提出的研究[K. Koumpouras和我。Galanakis，\textit{J. Magn. Magn. Mater.} 323，2328（2011）; \textit{ibid}，\textit{J. Spintron. Magn. Nanomater.} 1，出版中]。给出了使用QUANTUM-espresso包[P. Gianjani et al \textit{J. Phys.:Condens. Matter} 21，395502（2009）]对BiFeO $_3$磁电化合物和各种类型的间隔物之间的超薄外延多层的磁性行为的初步第一性原理计算。作为间隔物，我们考虑了i）InP半导体，ii）铁，这是一个铁磁体，和iii）金属V。在所有的情况下，在研究的多层的生长轴是[001]。我们的研究结果表明，磁性能严重降级的无定形BiFeO $_3$多层膜的独立的间隔的性质，在某些情况下，正在研究的磁性甚至消失。需要更广泛的计算，以建立一个更清晰的界面的物理性质的BiFeO $_3$化合物。
2012-02-14 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
Unusual dependence on the angle of magnetic field for the spin Hall magnetoresistance of monodomain epitaxial BiFeO3 thin films
本文报道单畴外延BiFeO3薄膜中自旋霍尔磁电阻的角度偏移α₀异常偏离常规值（0°或90°），且样品间差异大，呼吁探讨其微观机制。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Spectroscopy Near Phase Transition Temperatures in Multferroic BiFeO3 Epitaxial Thin Films
本文报道了多铁性铁酸铋BiFeO_3外延（c轴取向）薄膜在-192 ~1000 ℃的喇曼散射研究。声子异常在三个温度区被观察到：在930 - 950 ℃的γ相，在~ 370 ℃的Neel温度（TN）和~ 123 ℃，由于未知类型（磁性或结构）的相变。试图了解弱声子-磁振子耦合的起源和相序的动力学。在~ 820 C（Tc）处几个Raman模的消失与已知的结构相变和Arnold { \it et al.} \cite{arnold:09}。光谱还揭示了从820-930 \dc的{ \it非立方} $β$ -相和相同的{ \it非立方}相在930-950 \dc之间延伸通过$γ$ -相，与Arnold { \it et al.} \cite{arnold2:09}，以及薄膜中约1000 \dc的立方$δ$相的证据，其在粉末和块体中不稳定。在\cite{vasquez:prb09}中已经从理论上预测了这种立方相。显微拉曼散射和X射线衍射表明，在从22-1000 \dc的热循环过程中，薄膜中没有结构分解。
2010-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Study of strain effect on in-plane polarization in epitaxial BiFeO3 thin films using planar electrodes
外延应变是决定钙钛矿型铁电氧化物薄膜物理性能的重要因素。然而，它是非常具有挑战性的直接测量性能，如极化在应变膜使用传统的三明治电容器设备，因为高的泄漏电流。我们采用了一个平面电极装置，沿不同的电场方向的电极之间具有不同的晶体取向，直接测量全应变薄膜的面内极化-电场（P-E）磁滞回线。在高失配应变（例如-4.4%）下，获得纯Tetrogonal类相，并且其偏振矢量被约束在具有显著大的面内分量（~44 μC/cm 2）的（010）平面中。第一性原理计算是并行进行的，并提供了一个很好的协议与实验结果。我们的研究结果铺平了道路，设计基于T型BFO的面内器件，这里提出的策略可以扩展到研究所有其他类似的应变多铁性薄膜。
2012-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Influence of parasitic phases on the properties of BiFeO3 epitaxial thin films
研究了沉积压力和温度对脉冲激光沉积法在（001）取向SrTiO 3衬底上生长BiFeO 3薄膜的影响。在接近10-2 mbar和580 ℃的温度下得到单相BiFeO 3薄膜。在非最佳条件下，X射线衍射显示存在Fe氧化物或Bi 2 O3。我们解决这些寄生相的薄膜的磁和电性能的影响，并表明，膜与Fe 2 O3系统地表现出铁磁行为，而单相膜具有低批量一样的磁矩。导电尖端原子力显微镜映射也表明，Bi 2 O3导电副产物通过BiFeO 3薄膜创建捷径，从而防止其实际使用的铁电元件中的功能异质结构。
2005-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Temperature dependence of exchange biased multiferroic $ \mathbf{BiFeO_3} $/$ \mathbf{Ni_{81}Fe_{19}} $ polycrystalline bilayer
研究了不同$ \mathrm{BiFeO_3} $厚度的多晶$ \mathrm{BiFeO_3} / \mathrm{Ni_{81}Fe_{19}} $双层膜的交换偏置特性与温度的关系。使用场冷却协议，交换偏置场的非单调行为显示在交换偏置双层。进行了与$ \mathrm{BiFeO_3} $热活化能相关的另一种热协议，Soeya协议，并揭示了交换偏置场的两步演化。这两种不同方案的结果类似于先前报道的对外延$ \mathrm{BiFeO_3} $的测量所获得的结果，表明驱动机制独立于长程晶体排列（即，外延或多晶）。$ \mathrm{BiFeO_3} $的一个固有特性被认为是热相关磁化反转的驱动机制：$ \mathrm{BiFeO_3} $自旋的倾斜导致对交换耦合的双二次贡献。的磁化反转角行为的温度依赖性同意存在这样的双二次贡献交换偏置双层膜研究。
2016-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on the spontaneous polarization of thin film ferroelectrics
利用第一性原理计算研究了BaTiO $_3$、PbTiO $_3$、LiNbO $_3$和BiFeO $_3$的自发铁电极化随外延应变的变化。我们发现，虽然在简单的钙钛矿系统BaTiO $_3$和PbTiO $_3$中极化的应变依赖性非常强，但在LiNbO $_3$和BiFeO $_3$中仅弱。我们表明，这种不同的行为可以理解纯粹的压电和弹性常数的无应变的散装材料，我们讨论了几个因素，确定某种材料的应变行为。
2005-07-31 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
Giant electromechanical response from defective non-ferroelectric epitaxial BaTiO3 integrated on Si 100
显示出与常规弛豫铁电体相当或比常规弛豫铁电体更好的大机电响应的无铅硅兼容材料对于各种纳米机电器件和应用是期望的。缺陷工程电致伸缩最近已经得到普及，以获得在100 Hz以下的频率增强的机电响应。在这里，我们报告的记录值的电致伸缩应变系数（M31）在频率高达5 kHz（1.04 × 10-14平方米每V2在1 kHz，和3.87 × 10-15平方米每V2在5 kHz）使用A位和缺氧钛酸钡薄膜，外延集成到Si上。该效果是稳健的，并且即使在使装置循环>5000次之后也保持。我们的钙钛矿薄膜是非铁电的，与化学计量的BaTiO 3相比具有不同的对称性，并且其特征在于孪晶边界和纳米极状区域。我们表明，所产生的缺陷引起的功能的介电弛豫相关性非常好，与所观察到的超电致伸缩响应。这些薄膜显示出大的热膨胀系数（2.36 × 10-5/K），这与巨大的M31一起意味着由缺陷引起的晶格非谐性的显著增加。我们的工作提供了一个关键的一步，制定指导方针，工程师大机电响应，即使在更高的频率在无铅薄膜。
2023-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and manipulation of mixed phase domains in highly-strained BiFeO3 thin films
在高应变BiFeO 3薄膜中，应变驱动的准同型相界（MPB）是由有序的混合相纳米畴（MPN）组成的。通过扫描探针显微镜和同步辐射X射线衍射，八个结构变体的MPN被确定。详细的极化配置内的MPN解决使用角度依赖的压电力显微镜。由所获得的结果的指导下，确定性操纵的MPN已被证明通过控制本地探头的运动。这些发现对于深入理解竞争相之间的相变所产生的机电响应是重要的，从而能够在这个新的MPB系统中进一步探索电子结构，磁电和其他功能。
2012-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Phase transition close to room temperature in BiFeO3 thin films
BiFeO 3（BFO）多铁性氧化物具有复杂的相图，可以通过适当的衬底诱导的应变在外延膜映射。通过使用拉曼光谱，我们最终表明，薄膜的所谓supertetraxite T-BFO相，稳定的压缩应变下，显示可逆的温度诱导的相变在约100 \circ，从而接近室温。
2011-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Field induced phase transitions and phase diagrams in BiFeO_3-like multiferroics
在精确的微磁学分析的基础上，考虑自旋挠曲电相互作用（Lifshitz不变量），研究了多铁性材料的无公度磁结构和相图。研究的对象是在衬底上生长的BiFeO_3类单晶和外延薄膜<111>。主要控制参数是磁场、磁各向异性和薄膜外延应变。我们预测了新的准摆线结构诱导外磁场或外延应变的BiFeO_3-薄膜。对于磁场的两种基本几何形状（平行于晶轴C_3和垂直于晶轴C_3的磁场），我们构造了代表均匀磁态和无公度结构稳定性区域的相图。结果表明，外加磁场的方向对一组磁相、无公度结构的性质、相变特征有显著的影响。在从非公度摆线结构到均匀磁态的转变过程中，揭示了一种新的锥型摆线有序。详细的相图允许估计适当的控制参数的组合（磁场，磁各向异性，交换刚度）所需的摆线有序的破坏对应的过渡到均匀的结构。结果表明，与单晶体相比，多铁性薄膜中抑制旋轮线的临界磁场的大小降低，并且可以通过选择磁场的取向来降低。我们的研究结果可用于应变工程的新的多铁性功能材料的需求。
2013-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Almeida-Thouless Line in BiFeO3: Is Bismuth Ferrite a mean field spin glass?
研究了在（111）-SrTiO 3衬底上外延生长的BiFeO 3薄膜的低温磁性。ZFC和FC磁化曲线在特征温度Tf处开始显示出很大的差异，该特征温度Tf取决于磁场强度。Tf（H）的变化遵循著名的de Aleimda-lesser线（在Hexp（2/3）中变化），表明了一种无中心的长链自旋玻璃行为和平均场系统。
2008-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Electric control of the magnetization in BiFeO$_3$/LaFeO$_3$ superlattices
采用第一性原理研究了在（001）-SrTiO $_3$衬底上外延生长的BiFeO $_{3}$ /LaFeO $_{3}$钙钛矿氧化物超晶格的行为。计算结果表明，1/1超晶格具有$Pmc2_1$基态和弱铁磁性。微观机制，允许一个操纵的磁化与电场在这样的系统中，并讨论了其依赖于应变和化学取代。BiFeO $_{3}$ /LaFeO $_{3}$人工超晶格似乎是在室温下实现磁化电开关的良好候选者。
2013-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature exchange bias in BiFeO3 / Co-Fe bilayers
采用反应磁控共溅射法在SrTiO $_3$（100）衬底上制备了高度外延的BiFeO $_3$薄膜。对BiFeO $_3$ /Co-Fe双层膜进行了详细的MOKE测量，以研究作为膜厚度和Co-Fe化学计量比的函数的交换偏置。我们发现，最大的交换偏置H $_{\mathrm{eb}}$ =92 Oe和H $_{\mathrm{c}}$ =89 Oe的矫顽场为12.5 nm厚的BiFeO $_3$膜与2 nm厚的Co层。单向各向异性在面内旋转MOKE测量中清晰可见。AMR测量揭示了一个强烈的增加，随着温度的降低，但没有显着的变化，在交换偏置场的双折射率。
2015-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of spin reorientation transition below 150 K from magnetic force microscopy in a ferromagnetic BiFeO$_3$ thin film
该研究利用垂直磁力显微镜在约36 nm厚铁磁性BiFeO₃外延薄膜中观测到150 K附近近90°磁畴旋转，并结合磁化测量与第一性原理计算证明外延应变诱导G型向C型自旋重取向转变。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural study in Highly Compressed BiFeO3 Epitaxial Thin Films on YAlO3
研究了在YAlO 3（YAO）衬底上外延生长的BiFeO 3（BFO）薄膜的热力学稳定性和结构分析。首先，我们观察到MC-MA-T的相变发生在薄样品（<60 nm）中，具有完全的类四边形相（在此表示为MII），具有大的c/a比（~1.23）。具体地说，MII相变过程是指从室温下的单斜MC结构到更高温度（150 ℃）下的单斜MA结构，并最终到275 ℃以上的近四晶结构的存在的结构演变。压电力显微镜测量结果进一步证实了这种相变，表明在相变过程中极化轴发生了旋转。系统地研究了构造随厚度的演化，以阐明应变状态的影响。我们注意到YAO衬底可以作为生长T型BFO的合适基底，因为该相稳定地存在于非常厚的膜中。在YAO衬底上生长的BFO厚膜呈现出典型的“准同型相界”特征，多相（MII、MI和R）共存，且具有周期性的条状形貌。由于各向异性应变导致的YAO衬底上不同方向上的阵列条纹形态的差异表明了对MPB样区域进行调谐的可能性。我们的研究为理解多铁性BFO体系中应变介导的相共存提供了更多的见解。
2012-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic optical properties of rhombohedral and tetragonal thin film BiFeO$_3$ phases
用Mueller矩阵椭圆偏振法研究了室温下多铁性BiFeO $_3$薄膜的各向异性光学性质。报道了在LaAlO $_3$和SrTiO $_3$单晶衬底上外延生长的四方形和菱形形BiFeO $_3$相在0.6和6.5 eV光谱范围内的全介电张量。应变驱动的各向异性变化和跃迁位移以及亚带隙多粒子激发的证据被发现。跃迁位移，主要是更高的能量的高应变四方形的BiFeO $_3$相在LaAlO $_3$，是指示能带结构的差异。此外，通过压电力显微镜研究证实的光学建模显示，双变BiFeO $_3$在LaAlO $_3$上的平均极化方向不平行于晶体学[001]方向，而是倾斜约$7^{\circ}$。光谱权重分析揭示了相位相关的差异，强调光学光谱的理论计算需要进一步改进，以适当地考虑电子和激子的相关性，以充分了解多铁性BiFeO $_3$。
2015-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Engineering magnetic domain wall energies in multiferroic BiFeO$_3$ via epitaxial strain
本研究利用第一性原理计算发现，外延应变可调控多铁BiFeO$_3$的磁相互作用，并预测在-1.5%至-0.5%压应变下可出现反铁磁斯格明子等拓扑稳定磁性状态。
2023-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Strain-induced isosymmetric phase transition in BiFeO3
采用第一性原理密度泛函理论计算了外延应变对多铁性铋铁氧体BiFeO 3结构和性能的影响。我们发现，虽然小的应变引起的行为从散装材料的定量变化，大于4%的压缩应变诱导一个等对称的相变伴随着一个戏剧性的结构变化。与块状菱面体钙钛矿形成鲜明对比的是，高度应变的结构具有约1.3的c/a比和五配位的Fe原子。我们预测的极化旋转从[111]（散装）到近[001]，伴随着约50%的幅度增加，和磁有序温度的抑制。有趣的是，我们的计算表明临界应变值，在这两个阶段可能会共存。
2010-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Heteroepitaxial Growth and Multiferroic Properties of Mn-doped BiFeO3 films on SrTiO3 buffered III-V Semiconductor GaAs
采用脉冲激光沉积法在GaAs（001）衬底上以SrTiO 3（STO）为缓冲层生长了Mn掺杂BiFeO 3（MBFO）薄膜。X射线衍射结果表明，薄膜为纯（00 l）取向，MBFO（100）//STO（100），而STO（100）//GaAs（110）。压电响应力显微镜图像和极化-电场曲线表明，生长在GaAs上的MBFO薄膜具有有效的铁电开关。MBFO薄膜具有良好的铁电性能（2 Pr ~ 92 μC/cm 2，2 EC ~ 372 kV/cm）。在室温下，该异质结构具有饱和磁化强度为6.5emu/cm ~ 3，矫顽场约为123 Oe的铁磁特性。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Control of polarization and polar chiral textures in BiFeO$_3$ by epitaxial strain and interfacial chemistry
Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris–Saclay（阿尔贝·费尔特实验室，法国国家科学研究中心，泰雷兹，巴黎-萨克雷大学）；Department of Materials, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院材料系）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，内尔研究所）；Electron Microscopy Center, Empa（电子显微镜中心，瑞士联邦材料科技与测试研究院）
通过应变和界面化学调控BiFeO$_3$的极化方向和手性纹理，实现均匀极化和稳定域结构。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric nonlinearity and frequency dispersion of the direct piezoelectric response of BiFeO3 ceramics
我们报告的频率和应力的直接压电d33系数在BiFeO 3陶瓷的依赖性。测量结果显示出相当大的压电非线性，即，d33对动应力幅值的依赖性。非线性响应表明非180°畴壁对铁氧体的压电响应有很大的不可逆贡献，在目前的测量条件下，其最大值达到总测量d33的38%。与这种解释一致，两种类型的非180°畴壁，特征为菱面体BiFeO 3，即，使用透射电子显微镜（TEM）在极化陶瓷中发现了71°和109°。为了支持非线性和非180°畴壁贡献之间的联系，我们发现了非线性和导致畴壁从缺陷中剥离的过程之间的相关性，例如从居里温度以上淬火和高温烧结。此外，BiFeO 3的非线性压电响应表现出与其他非线性铁电陶瓷，如“软”（施主掺杂）Pb（Zr，Ti）O3（PZT）中测量的频率依赖性是定性不同的;这种分散的可能来源进行了讨论。最后，我们表明，一旦从钉扎中心释放，畴壁可以广泛地贡献BiFeO 3的机电响应;事实上，外来畴壁贡献是相对大的，如PZT的准同型相界（MPB）组成的Pb基铁电陶瓷。这一发现可能是重要的，在新的无铅MPB组合物的基础上BiFeO 3的搜索，因为它表明，这种组合物也可能表现出大的外部畴壁的压电响应的贡献。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Towards structural softness and enhanced electromechanical responses in HfO2 ferroelectrics
本文通过第一性原理计算预测，HfO2铁电体在面内外延拉伸应变下可发生结构不稳定性，实现铁电相与反极性多形体间的可逆转变，并伴随介电和压电响应增强，且超晶格结构可显著降低所需形变以利于实验实现。
2024-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Non-thermal fluence threshold for femtosecond pulsed x-ray radiation damage in perovskite complex oxide epitaxial heterostructures
当脉冲能量密度超过阈值时，来自自由电子激光的强硬X射线脉冲在钙钛矿氧化物外延异质结构中引起不可逆的结构损伤。使用一系列脉冲测量的来自SrTiO $_{3}$衬底上的25-nm厚外延BiFeO $_{3}$层的X射线衍射强度在9.7 keV光子能量下以2.7 × 10 - 6 $^{6}$光子$μ$ m $^{-2}$的每脉冲通量突然降低，但是对于1.3 × 10 - 15 $^{6}$光子$μ$ m $^{-2}$或更小保持恒定。该损伤导致焦斑区域内的BiFeO $_{3}$薄膜的破坏以及通过每个脉冲去除几十纳米的材料形成穿透到STO衬底中的深腔。损伤阈值发生在不足以将吸收体积加热到熔点的注量处。烧蚀样品的形态与断裂而不是熔化一致。总之，这些结果表明，通过与吸收体积的超快电离一致的非热过程发生的损伤。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Patterning enhanced tetragonality in BiFeO3 thin films with effective negative pressure by helium implantation
在外延薄膜中进行氦注入是一种独立于由外延控制的面内应变来控制面外变形的方法。特别地，通过氦显微镜的注入允许局部注入和图案化低至纳米分辨率，这对于器件应用是感兴趣的。我们在这里提出了一个研究的铁酸铋（BiFeO 3）薄膜的应变局部图案化氦注入。我们的组合拉曼，XRD和TEM研究表明，注入导致的BiFeO 3晶胞的伸长，并最终过渡到所谓的超四方晶型通过状态与混合相。此外，TEM揭示了在阈值剂量下的非晶化的开始，该阈值剂量似乎并不妨碍四方性的总体增加。的相变从R-类T-类BiFeO 3出现作为一级的字符，与区域的相共存和晶格参数的突变。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Phases of BiMnO$_3$ from First Principles
块体BiMnO $_3$是唯一的过渡金属钙钛矿氧化物，是绝缘的，并显示出强铁磁性。如果它也是极性材料，这种独特的行为将使它成为磁电多铁性的有希望的候选者，但是实验已经表明，大块BiMnO $_3$具有非常小的极化（低于0.1~ $μ$ C/cm $^2$），或者最有可能的是，它是顺电的。也有实验证据表明，在SrTiO $_3$上生长的BiMnO $_3$ { \em膜}中的极化可以高达20-$μ$ C/cm $^2$。尽管这些行为的兴趣，作为外延应变的函数的BiMnO $_3$的图仍然在很大程度上未被探索。在这篇文章中，我们用第一性原理预测，无论是在足够的压缩和拉伸外延应变BiMnO $_3$薄膜是铁电巨极化约100~ $μ$ C/cm $^2$。所显示的薄膜相是类似的实验发现的BiFeO $_3$在类似的条件下-在压缩应变，该膜是supertetraxide与一个大的组件的极化指出了平面外，而在拉伸应变的极化点主要在平面内。像在BiFeO $_3$薄膜，这些阶段是反铁磁性--轨道有序负责在BiMnO $_3$的铁磁性是缺乏在极性相。我们的计算还表明，这些BiMnO $_3$膜的带隙的一些是基本上小于间隙通常发现在铁电氧化物，这表明它可能是一个合适的材料用于光伏应用。
2015-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of Ferroelectric Triclinic Phases and Origin of Large Piezoelectric Responses in Highly Strained BiFeO3 films
利用同步辐射X射线衍射仪结合扫描探针显微镜研究了BiFeO3薄膜中应变驱动的准同型相界（MPB）的结构演化。我们的研究结果表明，存在的混合相区，主要是由两个严重倾斜的铁电三斜相。第一性原理计算的分析表明，这两个三斜相起源于一个单一的单斜态的相分离，伴随着相分离的状态之间的弹性匹配。这些第一性原理计算进一步揭示，这两个低对称性的三斜相的固有压电响应是不是显着大，这意味着这两个能量接近的三斜相之间的相变的容易性可能是负责在BiFeO 3膜的MPB附近发现的大的压电响应。这些发现不仅丰富了对外延BiFeO_3薄膜的晶格和畴结构的理解，而且还可能揭示MPB附近增强的压电响应的起源。
2011-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field control of magnetic ordering in the tetragonal BiFeO3
我们提出了一种利用电场来控制四元BiFeO_3磁有序的方法。基于第一性原理研究了外延应变对四元BiFeO 3铁电和磁性的影响，发现当铁电极化沿[001]方向时，在面内常数a ~ 3.905 μ m处存在C型到G型反铁磁（AFM）相的转变.这种磁相变可以用双轴应变影响下海森堡交换常数J1 c和J2 c之间的竞争来解释。有趣的是，当面内晶格常数增大时，择优铁电极化倾向于倾斜并最终位于面内（沿[110]方向）。研究发现，外加电场可以改变铁电极化的取向，从而影响四元BiFeO 3的海森堡交换参数，进而影响其磁有序度。例如，在~ 3.79 μ m处，沿[111]方向的2 MV/cm大小的电场可以将磁有序从C-AFM改变为G-AFM。由于磁有序性影响磁性材料的许多物理性质，例如磁电阻，我们期望这种策略将为多铁性材料的应用提供新的途径。
2011-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering of epitaxial oxide heterostructures beyond substrate limitations
提出通过插入并调控超薄界面层的应变弛豫，在单一衬底上实现氧化物异质结构连续可调大应变，并在 BiFeO3 中获得连续 O-R-T 相变。
2021-01-29 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
Large elasto-optic effect and reversible electrochromism in multiferroic BiFeO3
光场的控制通常通过单晶铁电或极性化合物如LiNbO 3或石英中的电光或声光效应来实现。近年来，铁电氧化物薄膜技术取得了巨大的进展，该领域现在是电子学、自旋电子学和光电子学等领域的强大驱动力。在这里，我们应用外延应变工程调整BiFeO 3薄膜的光学响应，并发现一个非常大的变化的光学指数与应变，对应于一个有效的弹光系数大于石英。我们观察到一个伴随的应变驱动的光吸收的变化-让人想起压致变色-我们可以通过电场操纵。这构成了可逆的、可恢复的且不受缺陷驱动的电致变色效应。这些发现拓宽了多铁性材料在光子学和薄膜声光器件方面的应用前景，并提出了铁性、压电和光学响应耦合所带来的令人兴奋的器件机会。
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-controlled directional growth of ferroelectric domains in multiferroic BiFeO3 films
本文描述了在邻位（001）SrTiO_3衬底上外延生长的多铁性BiFeO_3薄膜中铁电畴的定向生长。详细的薄膜结构分析表明，应变梯度，它可以创建一个对称性破缺的铁电双阱电位，导致铁电畴生长的电场的影响下，优先方向性。我们的研究结果表明，通过对铁电薄膜施加约束，如应变梯度，用电场控制畴生长方向的可能性。
2009-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Strain Dependent Spin Hall Magnetoresistance in the Multiferroic Antiferromagnet BiFeO$_3$
本研究探究了不同衬底上外延BiFeO$_3$薄膜的应变相关自旋霍尔磁电阻，发现两类样品SMR温度依赖特性不同，结合DFT揭示其源于磁场与氧八面体旋转、自旋自由度的耦合差异。
2023-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of uniaxial strain tuned spin cycloid in a freestanding BiFeO3 film
非共线的自旋顺序，打破了空间反转对称性，并允许有效的电场控制的磁性，使BiFeO $_3$在低功率自旋电子器件的应用程序的一个有前途的候选人。BiFeO $_3$中的外延应变效应已被深入研究并表现出显著的磁序调制，但迄今为止仍然缺乏用连续变化的单轴应变来调整其自旋结构。在这里，我们应用\emph{in situ}单轴应变的独立的BiFeO $_3$膜，并使用扫描NV显微镜图像的纳米磁秩序在真实空间。应变从0%连续增加到1.5%，在此期间获得了不同应变下的四幅图像。结果表明，当应变接近1.5%时，自旋摆线发生$\sim 12.6^\circ$倾斜。第一原理计算表明，在这种应变下，倾斜是有利的。我们的\emph{in situ}应变施加方法与扫描NV显微镜实空间成像能力相结合，为研究BiFeO $_3$薄膜中磁序和应变之间的耦合铺平了新的途径。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Domain-engineered ferroelectric BiFeO$_3$ thin films for efficient bias-free THz emission
本研究通过工程化铁电畴构型，证明多畴BiFeO$_3$薄膜可增强太赫兹发射，并揭示超快屏蔽为主要机制，为无偏置太赫兹源提供设计参数。
2026-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Crafting the strain state in epitaxial thin films: A case study of CoFe2O4 films on Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3
无论是从基础科学的角度还是从应用的角度，都已经广泛地研究了电和磁性质的应变依赖性。通过场致极化旋转（PRO）和极化重取向（PRE）在压电单晶中的机电耦合可以在薄膜/衬底外延异质结构中提供有效应变。然而，PRO和PRE的特定途径是一个复杂的热力学过程，取决于化学组成、温度、电场和机械负荷。本文系统地研究了不同初始相和取向结构的Pb（Mg，Nb）O_3-PbTiO_3单晶的场致相变随温度的变化。不同类型的应变，挥发性/非挥发性和双轴/单轴，已被测量的宏观和原位X射线衍射技术。此外，通过磁各向异性测量研究了外延Mn掺杂CoFe 2 O 4薄膜的应变状态，其中巨磁电耦合已被证明。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling the origin of the controversial magnetic properties of BiFeO3 thin films
脉冲激光沉积法生长的单相（001）取向的BiFeO 3（BFO）薄膜只能在较窄的沉积温度和压力范围内获得，并且具有较低的磁矩。在稳定窗口外，形成富Fe或富Bi杂质相，这对膜的物理和结构性质具有强烈影响，即使对于通过标准X射线衍射测量难以检测到的杂质浓度也是如此。通过使用更敏感的工具，如X射线吸收光谱和X射线磁性圆二色性和先进的X射线衍射表征，我们表明，在非最佳条件下，Fe形成亚铁磁性γ-Fe 2 O3沉淀物，负责几乎所有的铁磁信号测量等BFO薄膜通过标准磁力。这证实了BFO相具有非常低的不依赖于应变的固有矩。我们还研究了薄膜厚度对寄生相形核的影响，发现外延应变可以在轻微过氧化的生长条件下稳定纯BFO相。
2006-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Suppression of Octahedral Tilts and Associated Changes of Electronic Properties at Epitaxial Oxide Heterostructure Interfaces
具有破缺平移对称性的外延氧化物界面已经成为氧化物超晶格新行为背后的中心范式。在这里，我们使用扫描透射电子显微镜，以证明一个直接的，定量的单细胞的单细胞映射的晶格参数和氧八面体旋转的BiFeO 3-La0.7Sr0.3MnO3接口，以阐明如何适应晶体对称性的变化。结合低损耗电子能量损失谱成像，我们展示了介观反铁畸变相变和阐明相关的电子性质的变化，在一个薄层直接相邻的界面。
2010-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A multiferroic on the brink: uncovering the nuances of strain-induced transitions in BiFeO$_3$
铋铁氧体（BiFeO $_3$）是已知的极少数单相多铁性材料之一。虽然本体化合物是菱面体（R），但在这种材料中发现了外延应变诱导的结构转变为所谓的“超四方相”（T相），这引发了一系列研究活动，重点是了解这种相变及其可能的功能。BiFeO $_3$的亚稳相也是多铁性的，具有巨大的铁电极化和共存的反铁磁有序，但最重要的是，它是应变弛豫诱导相混合物及其出色的压电和磁电响应，继续吸引和激励物理学家和材料科学家社区。本文综述了T相和混合相BiFeO $_3$系统的研究进展。我们首先简要总结了T相的历史，并分析了文献中报道的各种相的结构。然后，我们解决重要的问题，对称性和八面体旋转模式和（尚未探索）的重要作用，化学在形成的亚稳T相。我们随后描述的相变在这种材料，以及如何这些可能持有的承诺，大磁电响应。最后，我们指出了一些固有的实验挑战，这样一个系统的研究，以及如何克服这些挑战的潜在途径。我们的目的是通过这项工作来强调重要的问题，在我们看来，社区应该仔细考虑这些问题，以便将这种迷人的材料系统用于新的功能范例。
2015-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Investigating the Electromechanical Behavior of Unconventionally Ferroelectric $Hf_{0.5}Zr_{0.5}O_{2}$-based Capacitors Through Operando Nanobeam X-ray Diffraction
本研究通过原位纳米束X射线衍射实验，探究了外延HfZrO基铁电电容器的非常规弱机电响应，发现其菱方相具有负压电效应，且响应在矫顽电压以上被抑制，凸显了极化切换的独特性质。
2022-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Probing the role of single defects on the thermodynamics of electric-field induced phase transitions
一级相变的动力学和热力学普遍受充当成核位点和钉扎中心的缺陷控制。在这里，我们表明，在铁电材料的极化反转过程中的缺陷域的相互作用导致在机电磁滞回线中的一个显着的精细结构。实现了多铁性BiFeO 3薄膜中单个缺陷中心的空间分辨成像，并由单点光谱测量和空间分辨图像自洽地确定了缺陷尺寸和内建场。该方法具有通用性，可应用于包括电化学反应在内的其他可逆偏压诱导跃迁。
2008-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Influence of strain and oxygen vacancies on the magnetoelectric properties of multiferroic bismuth ferrite
采用第一性原理密度泛函理论计算了多铁性材料BiFeO 3的铁电极化和弱铁磁磁化强度与应变和氧空位的关系。发现电极化的强度与应变相当无关，与大多数常规钙钛矿铁电体形成鲜明对比。它也不受氧空位或应变和氧空位的组合存在的显著影响。磁化强度也不受应变的影响，然而氧空位的掺入可以轻微地改变磁化强度，并且还导致Fe^{2+}的形成。这些结果进行了讨论，根据最近的实验BiFeO_3的外延膜，报告了一个强烈的厚度依赖性的磁化强度和极化。
2005-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial thin films of the multiferroic double perovskite Bi2FeCrO6 grown on (100)-oriented SrTiO3 substrates: Growth, characterization, and optimization
研究了脉冲激光沉积Bi 2FeCrO 6薄膜过程中沉积压力PO 2和衬底温度TS的影响。结果表明，由于Bi的高挥发性，在SrTiO 3衬底上沉积Bi 2 FeCrO 6薄膜非常困难，只有在很窄的沉积参数范围内才有可能在SrTiO 3衬底上生长纯Bi 2 FeCrO 6薄膜。我们发现，纯Bi 2FeCrO 6相是在一个狭窄的窗口内形成的氧气压力PO 2 =1.210-2毫巴和周围的衬底温度TS=680摄氏度。在较低温度或较高压力下，出现Bi_（7.38）Cr_（0.62）O_（12 +x），又称（b* Bi_2 O_3）和Bi_2Fe_4 O_9/Bi_2（Fe，Cr）_4 O_9 +x相，而在较低压力或较高温度下，出现（Fe，Cr）_3 O_4相。其中一些次级相并不为人所知，之前也没有进行过研究。我们以前曾报道Fe/Cr阳离子排序的可能起源的十倍改善磁化强度在饱和的Bi 2FeCrO 6膜，BiFeO 3相比。在这里，我们解决的Bi 2FeCrO 6单相的磁性能的阳离子有序度的效果。室温下的极化测试表明，我们的Bi_2FeCrO_6薄膜具有优良的铁电性能，铁电滞回线沿赝立方（001）方向的回复极化高达55-60 miroC/cm ~ 2。
2009-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Silicon-compatible ideal antiferroelectricity with large digital electromechanical responses enabled by thermal-strain domain engineering
Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））；Wuhan University of Technology（武汉理工大学）；University of Liège（列日大学）；Tsinghua University（清华大学）；Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；Soochow University（苏州大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）
通过热拉伸应变工程在硅上实现PbZrO3薄膜的理想反铁电性，实现近零剩余极化、方形双电滞回线、纳秒级开关和大可逆电应变。
2026-06-28 cond-mat.mtrl-sci
In-situ Straining of Epitaxial Freestanding Ferroic Films by a MEMS Device
Paul Scherrer Institut（保罗谢勒研究所）；Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy（马克斯·玻恩非线性光学与超快光谱研究所）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Laboratory for Mesoscopic Systems, Department of Materials, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院材料系介观系统实验室）；National Cheng Kung University（国立成功大学）；Center for Quantum Frontiers of Research & Technology (QFort), National Cheng Kung University（国立成功大学量子前沿研究与技术中心）
研究通过MEMS装置对自支撑铁电薄膜施加可控应变，以调控铁电/自旋环形构型，探索应变对材料物理性质的影响。
2026-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Combinatorial discovery of a lead-free morphotropic phase boundary in a thin-film piezoelectric perovskite
我们报告的发现无铅准同型相界Sm掺杂BiFeO 3与一个简单的钙钛矿结构，使用组合薄膜战略。边界是一个菱形的伪正交结构的转变，表现出铁电（FE）反铁电（AFE）的转变，在约Bi 0.86 Sm 0.14 FeO 3的介电常数和面外压电系数的外延（001）取向的Pb（Zr，Ti）O3（PZT）薄膜在MPB。所发现的组合物可能是PZT的无铅压电替代物的强有力的候选者。
2008-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Giant Strain Tunability in Polycrystalline Ceramic Films via Helium Implantation
针对多晶陶瓷薄膜因应变易开裂导致应变工程调控功能性能受限的问题，本文提出氦注入技术，可在多晶BiFeO3薄膜中实现高达3.2%的晶格参数膨胀且无裂纹，为多晶材料的应变工程提供了经济高效的新方法。
2025-01-23 cond-mat.mtrl-sci
