作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 异质外延的结构特征
(一)BSTO和BTO系统示意图
(二)外延关系示意图
异质结构的面外x射线2θ-θ扫描
a
u
，任意单位
固体火箭发动机(222)、BTO(111)和偶氮(002)的摇摆曲线
(五)φ-扫描白云母{202}，硫酸盐还原菌{002}，BTO{002}，偶氮{101}
界面处的横截面透射电子显微镜图像和嵌入物中相应的快速傅里叶变换图案
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaz3180 应变敏感钛酸锶钡(Bax-Sr1-x-TiO3)钙钛矿体系因其优越的非线性介电性能而被广泛应用
在一份关于科学进步的新报告中
L
Ko和一个在台湾、香港和美国的材料科学与工程、物理、电子和信息工程的研究团队
S
开发了新的异质结构，包括顺电Ba0
5Sr0
在柔性白云母衬底上外延生长的5TiO3 (BSTO)和铁电钛酸钡(BTO)
通过简单弯曲施加机械力将BSTO的介电常数(电能电势)从-77%调节到36%，并且将基于BTO的铁电场效应晶体管的沟道电流调节两个数量级
Ko等人
通过探索相变和能带结构的确定来研究详细的机理，为实现相场模拟提供理论支持
该领域为基于高质量氧化物异质外延的机械可控元件开辟了新的途径
固体中原子的周期构型是能量最小化的结果，其中所涉及的原子及其相应的排列可以决定材料的性质
因此，材料科学家可以通过调整材料功能的基本方法，动态调整原子排列或应变应用的周期性
研究人员以前曾提出过几种方法来给材料施加应变——包括应用静水压力，通过x光分析观察衍射峰的位移，作为外力改变晶格的直接证据
例如，由于磁致伸缩、电致伸缩和光收缩，诸如磁场、电场和光照的外部刺激可以经历晶格的变化
向材料施加机械力的概念可以通过手动弯曲来实现，因为这是导致材料变形的最简单的方法
为了施加应变而不被缺陷形成吸收，材料科学家需要高质量的材料，例如单晶或外延膜，尽管大多数单晶不能机械弯曲
二维白云母弯曲的不同结果
在这项研究中，胶被用来密封异质结构的边缘，提供异质结构的强连接
这是给异质结构施加压力的关键
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaz3180 二维(二维)层状氧化物白云母是一种合格的候选物，因为它们具有优异的机械柔韧性和高熔点(~ 1260℃至1290℃)
如果一个应变可以应用于非线性电介质晶格，那么它可以改变电荷存储能力和铁电极化的大小
非线性介电材料在晶格结构和性质之间提供了强耦合，而在传统的非线性介电材料中，无毒性钙钛矿型钡铁氧体1-硅钙石3体系对应变应用表现出了高度的敏感性
因此，柯等人
选定的顺电Ba0
5Sr0
在本研究中作为模型系统的5TiO3 (BSTO)和铁电体钛酸钡通过机械弯曲表现出控制
研究小组通过机械弯曲调整了钡锶钡铁氧体系统的铁电-顺电相变，以控制相应的介电和铁电性能
他们使用电容-电压、极化电压和电流-电压测量来表征BSTO的介电常数和BTO的铁电性能
他们还在BTO的基础上建造了一个铁电场效应晶体管(FeFET)，该晶体管具有高迁移率的掺铝氧化锌(AZO)半导体层，并测量了它的沟道电流，以研究对BSTO电容器和BTO FeFET的弯曲效应
研究小组使用拉曼光谱观察了弯曲条件下晶格的变化，并使用x光电子能谱强调了不同弯曲条件下BTO偏振对半导体偶氮层电子结构的影响
铁电特性
(一)白云母基底曲率与厚度的关系
(二)不同弯曲曲率下的BSTO介电常数
(三)不同弯曲曲率下不同电场的可调性
(四)弯曲状态下的C-V蝶形和不同弯曲状态下的介电常数
(五)不同拉伸和压缩弯曲曲率下的极化电压磁滞回线
学分:邓丽高，国立交通大学材料科学与工程系，新竹30010
(6)不同弯曲曲率下BSTO和BTO的转变温度
拉曼信号的振幅在弯曲和不弯曲的曲率为0
1, 0
13, 0
2和0
285毫米1
异质结构在室温至170℃温度范围内的拉曼光谱
学分:科学进步，doi: 10
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aaz3180 Ko等人
在白云母衬底上设计了BSTO电容器和BTO场效应管系统，具有优异的结晶度，研究小组使用x光衍射对其进行了检测
他们注意到没有次级相的异质结构的高晶体质量，并使用摇摆曲线测量来计算每层的晶体质量
为了检查材料的微观结构，他们用高分辨率透射电子显微镜表征异质结构，并通过使用白云母基底的机械弯曲来研究应变，这是由于白云母基底的机械柔性，其中较薄的白云母在实验中显示出更好的弯曲
该小组通过机械弯曲施加应变，观察BTO铁电性和BSTO介电常数的变化
他们进行了电容电压和极化电压的测量，以了解BTO的极化强度是否在机械弯曲下逐渐减弱
BSTO电容器的电可调性达到约60-70%，表明异质结构的高质量，并且介电常数可以仅由电场调节，同时在正(拉伸应变)和负(压缩应变)弯曲曲率下增加或减少
Ko等人
通过拉伸晶格结构来调整存储在这种电介质材料中的电荷量，并注意到与非线性电介质特性相关的行为可以在机械弯曲下被控制和重复，这在实践中具有很大的潜力
柔性FET的特性
(一)柔性场效应管原理图
(二)内径-内径逆时针曲线在1-6V的涡流扫描下的不同弯曲结果
(三)压缩弯曲下的内径-内径逆时针曲线
(四)弯曲和未弯曲导通电流之比
(五)1000次弯曲循环后开始五轮耐久性试验，开/关电流比为两个数量级
偶氮/BSTO晶体管的IDS在弯曲下表现出可忽略的变化
学分:科学进步，doi: 10
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aaz3180 该小组随后研究了机械弯曲改变铁电性能的能力，通过多种测量方法，包括依赖于温度的拉曼光谱来研究铁电材料的相变
这些结果为通过机械弯曲来控制铁电状态提供了直接的证据，并进一步优化了器件的设计，使它们能够将简单且可调的铁电电容器转换成机械控制的晶体管
压缩弯曲和拉伸弯曲都降低了导通电流，但拉伸弯曲下的应变效应明显
科学家们证实偶氮/BTO/锶(钌酸锶)/白云母基底是一种机械可控的晶体管
研究小组使用压电响应力显微镜(PFM)和开尔文探针力显微镜(KPFM)证实了这些效应
弯曲0°下的扫描探针显微镜
285-mm-1弯曲曲率
(一)PFM出平面阶段后的立杆过程
(二)PFM测量后，直接检测到KPFM表面电位
用光电子能谱测量了FeFET的能带结构
(三)偶氮/BTO样品在光下和光下的锌2p和钡3d XPS光谱
偶氮/BTO样品在伸直、弯曲和展平状态下的锌2p和钡3d XPS光谱
图解说明在非弯曲和弯曲状态下偶氮/BTO异质结的能带排列
学分:科学进步，doi: 10
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aaz3180 就这样，D
L
柯和他的同事开发了一种柔性氧化物异质外延电容器和场效应管，在二维白云母衬底上使用顺电BSTO、铁电BTO和半导体偶氮层
BSTO电容器在机械弯曲下显示出其介电常数的高可调性
在场效应管组件中，它们的开/关电流比相对于BTO铁电性达到了两个数量级的变化
研究结果为他们提供了对该机制的重要见解，在该机制中，通过简单的机械弯曲可以实现灵活和可调的电特性
这一突破将为机械可调技术的未来应用提供一条充满希望的道路
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