【摘 要】
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铁电金属是一种非常稀有的铁电极化与金属性共存的材料。经典理论曾认为这种材料不可能存在,这是因为导体中的自由电子会完全屏蔽电偶极矩,无法形成长程的极性。制备出这种材料是一件具有挑战的事情。目前,已报道的铁电（或极性）金属材料存在两个方面的问题:（1）巡游电子的迁移率较低,导电性较差;（2）铁电极化难以翻转。针对上述挑战,本文基于经典铁电材料Ba TiO3,通过La元素的掺杂,成功制备了一系列高质量的
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铁电金属是一种非常稀有的铁电极化与金属性共存的材料。经典理论曾认为这种材料不可能存在,这是因为导体中的自由电子会完全屏蔽电偶极矩,无法形成长程的极性。制备出这种材料是一件具有挑战的事情。目前,已报道的铁电（或极性）金属材料存在两个方面的问题:（1）巡游电子的迁移率较低,导电性较差;（2）铁电极化难以翻转。针对上述挑战,本文基于经典铁电材料Ba TiO3,通过La元素的掺杂,成功制备了一系列高质量的铁电金属薄膜Ba0.5La0.5TiO3,并仔细研究了薄膜的铁电极化与金属性,并探索了衬底应变对薄膜金属性的影响。本文的主要研究内容包括:1、单晶薄膜的外延制备。以氧化镧、碳酸钡和二氧化钛粉体为原料,通过固相烧结法制备了高质量Ba0.5La0.5TiO3靶材,元素分布比较均匀,La、Ba原子比为1:1。利用自主研制的原子级精度高压磁控溅射系统在Sr TiO3衬底上制备了Ba0.5La0.5TiO3薄膜,800℃、氩气气压0.01 Torr为该薄膜的最佳生长条件,薄膜为共格外延单晶薄膜,处于完全应变状态,厚度约为71.2 nm,面内晶格常数和面外晶格常数分别为3.905（?）和4.003（?）,为四方相结构。2、单晶薄膜的金属性与铁电极化研究。Ba0.5La0.5TiO3薄膜表现出良好的金属性,其载流子的类型为电子,从300 K到20 K载流子浓度增大了约50倍,低温下迁移率高达110 cm~2·V-1·s-1。利用压电力显微镜,在该薄膜中成功实现了铁电极化的翻转,高分辨扫描透射电镜的表征显示Ti离子偏离中心位置的偏移量大约为0.1（?）,二次谐波测量表明载流子浓度随温度的变化与极化随温度的变化趋势一致。3、应变对薄膜金属性的调控。通过选择具有不同晶格常数的衬底,改变面内晶格常数,使Ba0.5La0.5TiO3薄膜逐渐从完全应变状态向弛豫状态过度,薄膜从金属态转变为绝缘态。
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