作者:Phys Thamarasee Jeewandara
（同organic）有机 (011)取向PMN-铂中的各向异性应变
(A)笛卡尔坐标x、y和z分别被定义为晶体[100]、[011 ]和[011]方向
(011)取向的PMN-铂晶胞中的极化方向，分组为菱形面内(RIP橙色)，菱形向上(RUP；蓝色)，和正交向上(OUP；紫色)
菱形向下(RDOWN)和正交向下(ODOWN)未显示，但分别是RUP和OUP关于xy平面的镜像
穿过单元的面内切割(灰色阴影区域)是矩形，边长为a2–√a，其中a是晶格参数
立方(零铁极化)、RIP、RUP和OUP极化群的晶胞电致伸缩变形(不按比例)
向下变形与向上变形相同
显示了RIP(浅橙色)和RUP(浅蓝色)偏振矢量的面内投影
(三)线性电致伸缩应变εxx和εyy以及各向异性应变εxx-εYY对RIP、RUP和OUP极化群的曲线图
信用:科学进展，10
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abh2294 铁电和铁磁异质结构中应变介导的磁耦合可以为低功率多功能器件的科学研究提供独特的机会
铁电体是能够保持自发和可逆极化的材料
表现出高电致伸缩性的弛豫铁电体由于其巨大的压电性而成为铁电层结构的理想候选者
虽然弛豫铁电体的特性是已知的，但是它们的机械起源仍然是个谜，从而产生了一种神秘的材料形式
除此之外，薄膜对于衬底夹持是无效的，并且可以显著降低压电面内应变
在科学进展发表的一份新报告中，谢恩·林德曼和美国材料科学和物理学研究小组
S
和韩国，展示了全薄膜异质结构中的低压磁电耦合，使用了由材料取向引起的各向异性应变
该团队在这项工作中使用了铅(Mg1/3n B2/3)O3–钛酸铅(缩写为PMN-铂)的理想铁电层，并将其与铁磁性镍覆盖层耦合，以创建具有磁化的薄膜异质结构
使用扫描透射电子显微镜和相场模拟，他们阐明了膜响应，以了解PMN铂薄膜的微结构行为，然后将它们用于压电驱动磁电异质结构
磁电耦合 磁场的电场控制也被称为逆磁电耦合，有可能成为下一代存储和传感技术
PMN-铂材料作为弛豫铁电材料，作为具有大压电成分的铁电层的应用是令人感兴趣的
通过将弛豫铁电体与包含大磁致伸缩的铁磁体耦合，可以通过将电压感应应变从铁电层转移到铁磁层来实现逆磁感应耦合，从而导致应变介导的面内各向异性、隧道磁阻、铁磁谐振和导电性的控制
近来向低功率微机电装置的发展以及微机电和纳米机电系统的发展已经导致弛豫铁电薄膜的进一步研究
减小弛豫铁电体的薄膜尺寸会由于机械夹持而导致压电性的大幅度降低，因此科学家们致力于成功克服这一挑战，将弛豫铁电体薄膜集成到高性能器件中
在这项工作中，林德曼等人
克服了箝位问题，并在全薄膜异质结构中演示了低压应变介导的微机电耦合
这项工作突出了弛豫铁电薄膜的微观本质，为其在低功率压电驱动磁电器件中的应用迈出了关键的一步
单晶(011)取向PMN-铂薄膜异质结构的制备
(一)由可编程逻辑器件生长的氧化硅/STO层和溅射沉积的氧化硅/PMN-铂/铂层组成的初始薄膜异质结构
(2)在将异质结构铂侧附着到PDMS/玻璃中之后，通过H2O蚀刻SAO牺牲层
(三)去除STO缓冲层后，通过溅射沉积镍，随后将镍/氧化硅层图案化成160°微米圆
膜异质结构通过添加SU-8保护层和金提升电极层来完成
(四)显示完成的膜装置的扫描电镜图像
信用:科学进展，10
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abh2294 发展和表征膜异质结构 林德曼等人
使用纵向磁光克尔效应(莫克)磁滞回线测量镍覆盖层中应变引起的磁各向异性变化，作为PMN-铂偏置电场的函数
然后，他们展示了通过基底去除机械夹紧以获得大的各向异性面内应变的重要性
为了理解从磁光克尔效应滞后推断的应变行为，林德曼等人
绘制了从硬轴环的饱和场确定的计算的磁各向异性能量密度，以及基于镍的已知磁致伸缩的已知的微分应变
然后，他们使用扫描透射电子显微镜确定了生长的PMN-铂膜的畴结构
单晶材料在薄膜生长过程中表现出晶格失配的柱状结构
该发现类似于与实验模型一致的混合铁电和弛豫畴结构
PMN铂膜的相场模拟 为了理解PMN-铂膜的应变行为，科学家们接着进行了相场模拟
为了测量平均应变，他们计算了单个自发极化元素的应变贡献，乘以电致伸缩张量
模拟的起点表明了实验PMN-铂膜的铁电印记周围的预期结构
模拟结果与在PMN-铂/镍膜中测量的实验应变和极化定性一致
虽然从实验莫克(磁光克尔效应)环计算的应变相对于从模拟计算的应变表现出水平和垂直移动，但是定性地说，这两条曲线是相似的
PMN-铂薄膜异质结构的磁电、铁电和压电性质
在140千伏/厘米(7伏)至90千伏/厘米(4伏)的一系列电场下的莫克磁滞回线(标准化)
5伏)
深色更接近FE印记，浅色更远离印记
饱和磁场；左轴)和计算的各向异性应变(εxx-εYY；右轴)与偏置电场的关系，该偏置电场是从类似于(A)中所示的高偏置电场的HA莫克磁滞回线中提取的
误差线代表同一薄膜上七个不同装置的测量标准差
磁场沿[100]的回路的负微分应变点(εxx-εYY 0)
使用160微米直径镍/氧化锶顶部电极测量极化(磷)与电场磁滞回线
橙色回路是用30千赫正弦电压脉冲测量的
标记为0的蓝色曲线
1赫兹，是使用准DC测量程序获得的(见方法)
相对介电常数与偏置电场的关系
偏置电场在0
5 Hz，介电常数用3的小交流电场测量
4千赫时5千伏/厘米均方根值
对于(B)到(D)，添加了将行为分为低场区域(FE印记附近)和高场区域的指导方针
信用:科学进展，10
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abh2294 PMN-铂膜结构域的干细胞分析
(甲和乙)原子分辨率高角度环形暗场(HAADF)–分别沿[011]和[100]个人计算机区域轴的STEM图像
插图是每个区域轴上的放大图像
粉色圆圈是A位阳离子(铅)，黄色圆圈是B位阳离子(镁/铌/钛)
橙色箭头是B点位移(δB)
(C和D) B位阳离子位移图，重叠箭头表示短程有序区域
彩色地图显示原子位移的大小，箭头显示原子位移的方向
(E和F)通过RIP (R1)、ROP (R2)和在标记为正交O1和O2的R态之间具有位移的区域的预期B位位移方向，在每个具有色轮的单元中的相位分数映射
彩色空白区域(非)表示B位位移7 pm以下的非极性区域
信用:科学进展，10
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abh2294 (011) PMN铂膜的相场模拟
PMN-铂膜在(甲和乙)0千伏/厘米、(丙和丁)10千伏/厘米、(戊和己)20千伏/厘米和(庚和庚)100千伏/厘米时的自发极化和[011]立体投影
自发极化着色的图例包含在(A)中
(一)x、y和z方向的平均极化与外加场的关系
(J)平均各向异性面内应变εxx-εYY的场依赖性
在(I)和(J)中，增加了分隔低场和高场区域的准则
信用:科学进展，10
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abh2294 观点 通过这种方式，谢恩·林德曼和他的同事在全薄膜异质结构中展示了低压、应变介导的磁电效应
该薄膜仅依赖于PMN-铂薄膜固有的大的各向异性应变
在这项工作中使用的PMN-铂/镍膜在小偏压下实现了镍覆盖层的面内磁各向异性的鲁棒的、压电驱动的90度旋转，以产生由PMN-铂膜的面内晶体对称性控制的应变各向异性
利用扫描透射电子显微镜，科学家展示了PMN铂膜的微观结构
然后使用体PMN-铂，他们展示了这种材料如何在面内和面外偏振态之间表现出永久的转换；这种行为为内存存储提供了理想的特性
这项工作为PMN-铂薄膜的微观结构行为提供了关键的见解，以展示它们在磁电耦合器件中的应用，并预测它们与各种其他材料的使用，以发现以前未知的压电驱动现象
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