1

D02. 多铁性材料分会

分会主席：张金星、马静、董帅、殷月伟、刘俊明

D02-01

Pattern formation and evolution of topological domain structure in hexagonal manganite multiferroics

Jun-Ming Liu (刘俊明), Kunlun Yang, Yang Zhang

Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093

The real-space topological domain structure has been receiving increasing interests recent years and its

dynamics remains to be explored if any potential application becomes possible. We have investigated carefully the

real-space topological domain structures of hexagonal RMnO3 manganites from various aspects, based on the

phenomenological Ginzburg-Landau theory. First, the in-plane and out-of-plane stiffness anisotropies have been

revealed to play a substantial role in controlling the domain structure. Second, we disclose in details the dynamic

response of the domain structure on external electric field. The present work provides a comprehensive

understanding of the topological domain pattern evolution in hexagonal manganites, addressing the significance of

the vortex-antivortex topology and proposing possible modulation of the domain structure by strain engineering

and field stimuli.

D02-02

Predictions of Two-dimensional Ferroelectrics and Multiferroics

Menghao Wu1, Shuai Dong2, Kailun Yao1, Junming Liu3, Xiaocheng Zeng4

1. School of Physics and Wuhan National High Magnetic Field Center, Huazhong University of Science and

Technology, Wuhan 430074, China,

2. Department of Physics, Southeast University, Nanjing 211189, China,

3. Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093, China,

4. Department of Chemistry, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, NE 68588, USA

Coexistence of ferromagnetism (FM) and ferroelectricity (FE) in a single 2D material is highly desirable for

integration of multifunctional units in 2D material-based circuits. Herein we report first-principles calculation

evidence of C6N8H organic network [which has been recently synthesized through hydrogenation of g-C3N4

(Chemical Science 2014, 5, 2251)] as being the first 2D organic multiferroic material with coexisting FM and FE

properties. The ferroelectricity stems from multimode proton-transfer within the 2D C6N8H network, in which a

long-range proton- transfer mode is enabled by the facilitation of oxygen molecule when exposed to the air. Such

oxygen-assisted ferroelectricity also leads to a high Curie temperature and coupling between ferroelectricity and

ferromagnetism. Additionally, we will show that phosphorene and phosphorene analogues (SnS, SnSe, GeS, GeSe)

are also potentially the long-sought 2D materials that can combine electronic transistor characteristic with

non-volatile memory readable/writeable capability at ambient condition. Specifically, phosphorene is predicted to

be a 2D intrinsic ferroelastic material with ultra-high reversible strain, while SnS, SnSe, GeS, GeSe monolayers

are multiferroic with coupled ferroelectricity and ferroelasticity. Moreover, their notable structural anisotropy

enables ferroelastic or ferroelectric switching readily readable via electrical, thermal, optical, mechanical or even

spintronic detection upon the swapping of the zigzag and armchair direction.

D02-03

六角锰氧化物中各向异性诱导的铁电拓扑畴的新奇性质

2

王学云 1，张金星 2，Sang-Wook Cheong3

1. 北京理工大学

2. 北京师范大学

3. Rutgers University

通过高质量六角锰氧化物 RMnO3 单晶的生长与压电力扫描探针显微镜技术，我们研究了单晶中由于

晶格畸变引起的铁电涡旋畴。该铁电畴由于对称性的破缺引起的锰氧多面体的倾斜以及锰离子层中的三角

化 (Trimerization) 从而导致了铁电拓扑涡旋畴的形成。六角锰氧化物本身层状结构性质所导致的各向异性，

在畴结构的演化以及物理性质的调控中起到了至关重要的作用。在本报告中，我们将着重探讨六角锰氧化

物中由各向异性所产生的不同的氧缺陷迁移路径下的能量差，从而导致不同晶向上电导率控制上的明显差

别。同时，我们还将探讨在特定的温度下可以产生的有序的铁电畴排列，我们认为这种畴结构的形成与存

在各向异性的希格斯机制有关。

D02-04

相场理论模拟多铁复合多层膜中电卡/磁卡效应

黄厚兵 1，马星桥 1，陈龙庆 2

1. 北京科技大学 物理系

2. 宾夕法尼亚州立大学 材料科学与工程系

制冷在人们生活中不可或缺。电卡效应是在铁电材料中因外电场的改变从而导致极化状态发生变化而

产生的绝热温度或等温熵的变化，被认为是可以应用于高效率制冷材料。目前，磁卡效应制冷技术可以提

供较大的磁熵变，但是由于需要外加磁场驱动，阻碍了器件的小型化。虽然用外加电场驱动相变的电卡效

应制冷技术，可以使得器件小型化，但是材料的击穿电场较低,材料的选择范围也相对较窄。

第一性原理计算预测了“铁磁/铁电”薄膜中基于电荷效应的界面磁电效应。基于热力学唯象模型对“铁

磁/铁电”薄膜中基于跨界面应变传递的逆磁电效应进行了解析计算。然而，上述两种理论工具难以直接

模拟薄膜中介观尺度（纳米至微米量级）的铁性畴在外场（磁场、电场、应力场）作用下的演变，由于多

铁性薄膜的关键在于界面部分的耦合。相场理论方法作为研究材料介观尺度微结构演变的 有效理论工具

之一，已被广泛应用于铁电、铁磁和多铁性材料的研究。

我们建立了 NiCoMnIn/BaSrTiO3 多铁性薄膜磁电卡效应耦合的相场模型，电场能够通过“铁磁/铁电”

的界面应力传输间接调控 NiCoMnIn 的磁性相变行为，模拟了外加场（电场、磁场、应力）对于磁电卡效

应的影响。电场通过调控铁电薄膜 BaSrTiO3 的电极化强度方向，来改变输出的应变。应变通过界面传输，

影响铁磁薄膜 NiCoMnIn 的反铁磁到铁磁性相变行为，产生熵变为 12J/(Kg K)。

本工作为可用于“NiCoMnIn/BaSrTiO3”多铁性薄膜中磁卡、电卡效应耦合的相场模型，并通过其界

面应变传输的研究，来理解外加电场诱导磁性相变的机制。建立电场驱动磁卡效应的理论机制，以增进对

跨界面的不同磁电、磁弹耦合作用机制共存的理解，为进一步的研究电卡效应与磁卡效应耦合作用提供理

论依据。

关键词：相场理论；电卡效应；磁卡效应；多铁性多层膜

D02-05

离子掺杂调控 CuCrO2 体系磁序的理论模拟研究

秦明辉，严政人

华南师范大学 510006

基于经典的三角失措自旋模型，本文用蒙特卡罗模拟研究了晶格缺陷与铁磁掺杂对于多铁体系

CuCrO2 的磁相变行为的影响，研究表明：在缺陷掺杂与铁磁掺杂下，该体系的非公度反铁磁螺旋序被破

坏，取而代之的是低温冻结自旋玻璃态；模拟得到的反铁磁-顺磁相变温度和自旋玻璃冻结温度与掺杂浓度

3

之间的关系与实验报道较好吻合。另一方面，我们的工作还表明掺杂引起的巡游空穴导致了量子涨落效应

的增强，从而增强了等效的双二次交换作用，进一步稳定了反铁磁序，定性的解释了 Mg 掺杂增强反铁磁

序的实验报道。

关键词：螺旋序；自旋玻璃；空穴掺杂

D02-06

铁酸铋的磁性考虑与对策

于剑

东华大学功能材料研究所 201620

高温单相磁电材料是电写磁读新一代非易失存储器的关键功能材料。当前，与此相关的研究工作大都

是围绕铁酸铋（BiFeO3）材料展开的。本报告将讨论铁酸铋材料研究中常遇到的低阻、高损耗、磁序的调

控、磁电耦合效应的测量等几个困难问题，给出我们的考虑与对策，汇报一下我们的工作进展情况。并谈

一谈我们在高温钙钛矿结构磁电新材料基因组学设计方面的工作进展情况。

关键词：铁酸铋；自旋序；新材料设计

D02-07

多铁钙钛矿材料中的自旋-声子耦合效应研究

洪家旺

北京理工大学 100081

多铁材料中存在丰富的晶格（声子）、自旋、电荷、轨道等量子序的相互耦合，其中强的自旋-声子耦

合效应近年来被认为是搜寻新多铁材料体系的一个有效途径。我们通过发展一种高效高精度的第一性原理

计算方法，用于多铁材料中自旋-声子耦合效应研究，预测了若干种可能具有多铁性的材料体系。同时，通

过结合第一性原理计算和非弹性中子散射测量， 研究了钙钛矿 EuTiO3 单晶中晶体结构、磁结构以及声子

谱曲线，揭示了 EuTiO3 中声子软模与电子自旋之间的强相互作用。

关键词：自旋-耦合效应；非弹性中子测试；第一性原理计算

D02-08

Hidden spin-order-induced room-temperature ferroelectricity in a peculiar conical magnetic structure

yisheng Chai1, Shipeng Shen1, xinzhi Liu2, Andrew Studer3, Kirrily Rule3, Kun Zhai1, Li-Qin Yan1, Da-Shan

Shang1, Frank Klose3,4, Yun-Tao Liu2, Dong-Feng Chen2, Young Sun1,5

1. Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences,

Beijing 100190, China

2. Department of Nuclear Physics, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China

3. Australian Centre for Neutron Scattering, Australian Nuclear Science and Technology Organization, Lucas

Heights, New South Wales 2234, Australia

4. Department of Physics and Materials Science, The City University of Hong Kong, Hong Kong, China

5. School of Physical Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China

A novel mechanism of spin-induced ferroelectricity is unraveled in the alternating longitudinal conical (ALC)

magnetic structure. Because the noncollinear ALC structure possesses a c -axis component with collinear ↑–↑–↓–↓

spin order, spin-driven ferroelectricity along the c axis due to the exchange striction mechanism is predicted. Our

experiments verify this prediction in the Y-type hexaferrite Ba0.3Sr1.7Co2Fe11AlO22 , where ferroelectricity

along the c axis is observed up to room temperature. Neutron diffraction data clearly reveal the ALC phase and its

evolution with magnetic fields. The c -axis electric polarization can be well modulated by applying either ab

4

-plane or c -axis magnetic fields, even at 305 K. This kind of spin-induced ferroelectricity associated with the

ALC magnetic structure provides a new resource of type II multiferroics.

Keywords: alternating longitudinal conical; spin-induced ferroelectricity

D02-09

BaTiO3 薄膜的导电和电荷输运行为研究

陆旭兵 1，杨成 1，景晓赛 1，周健 1，张爱华 1，刘俊明 1,2

1. 华南师范大学

2. 南京大学

传统意义上的铁电材料通常是绝缘体，其铁电性和起源已经得到了广泛的研究和深入的了解。近年来，

铁电材料的导电性亦日益受到关注，其导电和电荷输运机制，不仅蕴含了丰富的物理机制，而且在阻变和

光伏能源等领域具有广阔的应用前景。

本报告的工作采用脉冲激光沉积技术，分别在刚性 MgO(100)衬底上外延生长了钛酸钡(BaTiO3)(BTO)

薄膜，在柔性云母片上制备了多晶 BTO 薄膜。利用 X-射线衍射、原子力显微镜和高分辨电镜对薄膜的微

结构进行了表征；利用范德堡四点法、霍尔效应测量对薄膜的导电和电荷输运特性进行了研究。对在柔性

云母片上制备的 BTO 薄膜，探索了弯折条件下 BTO 薄膜的导电和电荷输运行为。

通过对 BTO 薄膜进行化学铌掺杂和物理微结构缺陷的调控，可以实现绝缘 BTO 铁电薄膜的半导体乃

至金属性导电行为的转变。BTO 薄膜中的电荷输运机制，由于掺杂浓度的不同，在不同温度范围内发生双

极化子跃迁、小极化子跃迁以及热声子散射的转变。

我们的工作表明了绝缘的铁电材料的导电特性可以通过缺陷(包括物理、化学缺陷)的引入来进行调控，

其电荷输运机制与温度和掺杂浓度紧密相关，铁电性和导电性可以在一定条件下共存。 后，我们也揭示

了应力对 BTO 薄膜电学输运特性的影响。

关键词：铁电薄膜；导电；电荷输运；铁电性；应力

D02-10

CaOFeS 的交换伸缩产生的磁介电效应及光吸收应用

张杨，董帅

东南大学物理系

铁氧硫化物 CaOFeS 的晶体结构不同于传统层状铁基“1111”化合物，它形成具有铁三角平面的层状

的六角晶系（空间群号 186）。中子实验发现 CaOFeS 具有一种伊辛 G-型反铁磁基态。Delacotte 等人通发

现在反铁磁转变温度附近 CaOFeS 具有较大的磁介电效应。

目的：1.通过理论计算解释 CaOFeS 中磁基态为什么是 G-type 反铁磁而不是 Y-type 反铁磁。2.揭示

CaOFeS 实验观测到磁介电效应的物理机制。

方法：1.第一性原理计算。 2. 蒙特卡洛数值模拟。

结果：通过第一性原理计算，我们确认了其磁基态为 G 型反铁磁[3]。通过自旋海森堡模型，我们构建

了传统的哈密顿量，通过蒙特卡洛模拟也进一步验证了其磁基态及反铁磁转变温度。这种 G-型反铁磁会破

坏三角对称性，产生磁致伸缩效应，进而引起磁介电效应的原因。进一步，我们通过计算预测在可见光范

围内，CaOFeS 具有较大的光吸收系数以及良好的光学性质。通过对其光电转化率的研究，我们计算发现

其 大的光电转化率可以达到 30%。

结论：

1. CaOFeS 磁基态为 G-type 反铁磁。

2. 磁致伸缩是 CaOFeS 磁介电效应的原因。

3. CaOFeS 有较大光吸收系数以及良好光学性质，具有潜在的光学应用前景。

5

关键词：铁基硫族化合物；磁电耦合；光吸收

D02-11

Cycloidal magnetism driven ferroelectricity in double tungstate LiFe(WO4)2

Meifeng Liu1,2, Xiuzhang Wang1, Shuai Dong3, Junming Liu1,2,4

1. Institute for Advanced Materials and School of Physics and Electronic Science, Hubei Normal University,

Huangshi 435002, China

2. Laboratory of Solid State Microstructures and Innovative Center of Advanced Microstructures, Nanjing

University, Nanjing 210093, China

3. Department of Physics, Southeast University, Nanjing 211189, China

4. Institute for Advanced Materials and Laboratory of Quantum Engineering and Materials, South China Normal

University, Guangzhou 510006, China

Tungstates AWO4 with the wolframite structure characterized by the AO6 octahedral zigzag chains along the

c-axis, can be magnetic if A=Mn, Fe, Co, Cu, Ni. Among them, MnWO4 is a unique member with a cycloid

Mn2+ spin order developed at low temperature, leading to an interesting type-II multiferroic behavior. In this

work, we present the synthesis and the systematic study of the double tungstate LiFe(WO4)2. Experimental

characterizations including structural, thermodynamic, magnetic, neutron powder diffraction, and pyroelectric

measurements, unambiguously confirm that LiFe(WO4)2 is the secondly found multiferroic system in the

tungstate family. The cycloidal magnetism driven ferroelectricity is also verified by density functional theory

calculations. The physical properties of LiFe(WO4)2, especially the magnetism and multiferroicity, have been

systematically investigated. Sequential magnetic transitions at TN1 =21.6 K and TN2 = 19.7 K are observed.

Below TN2, a ferroelectric polarization emerges in LiFe(WO4)2 which is driven by particular noncollinear

magnetism and thus can be tuned by magnetic field. Such type-II multiferroicity is verified by both neutron

diffraction and density functional theory. According to our study, LiFe(WO4)2 is the second confirmed

multiferroic member in the AWO4 tungstates family, different from the non-multiferroic NaFe(WO4)2.

Comparing with the first confirmed mul-tiferroic MnWO4, LiFe(WO4)2 owns higher and wider ferroelectric

temperature, while its polarization is in thesame order of magnitude. Our study will hopefully stimulate more

studies on the tungstates family.

Keywords: LiFe(WO4)2; Cycloidal magnetism; ferroelectricity

D02-12

Integrated Magnetics and Multiferroics for Compact and Power Efficient Sensing, Power, RF, Microwave

and mm-Wave Tunable Electronics

Nian Sun

W.M. Keck Laboratory for Integrated Ferroics, and ECE Department, Northeastern University, Boston, MA, USA;

Web: www.neu.edu/sunlab; Phone: +1 (617) 373-3351 Email: nian@ece.neu.edu

The coexistence of electric polarization and magnetization in multiferroic materials provides great opportunities

for realizing magnetoelectric coupling, including electric field control of magnetism, or vice versa, through a

strain mediated magnetoelectric coupling in layered magnetic/ferroelectric multiferroic heterostructures [1-9].

Strong magnetoelectric coupling has been the enabling factor for different multiferroic devices, which however

has been elusive, particularly at RF/microwave frequencies. In this presentation, I will cover the most recent

progress on new integrated multiferroic materials and devices for sensing, and from power to mm-wave

electronics. Specifically, we will introduce magnetoelectric multiferroic materials, and their applications in

6

different devices, including: (1) ultra-sensitive magnetometers based on RF NEMS magnetoelectric sensors with

picoTesla sensitivity for DC and AC magnetic fields, which are the best room temperature nano-scale

magnetometers; (2) novel ultra-compact multiferroic antennas immune from ground plane effect with 200µm ×

1µm or 0/600 in size, -18dBi gain, self-biased operation and 1~2% voltage tunable operation frequency; and (3)

novel GHz magnetic and multiferroic inductors with a wide operation frequency range of 0.3~3GHz, and a high

quality factor of close to 20, and a voltage tunable inductance of 50%~150%. At the same time, I will also

demonstrate other voltage tunable multiferroic devices, including tunable isolating bandpass filters, tunable

bandstop filters, tunable phase shifters, etc. These novel integrated multiferroic devices show great promise for

applications in compact, lightweight and power efficient sensing, power, RF, microwave and mm-wave integrated

electronics.

Reference: 1. N.X. Sun and G. Srinivasan, SPIN, 02, 1240004 (2012); 2. J. Lou, et al., Advanced Materials, 21,

4711 (2009); 3. J. Lou, et al. Appl. Phys. Lett. 94, 112508 (2009); 4. M. Liu, et al. Advanced Functional Materials,

21, 2593 (2011); 5. T. Nan, et al. Scientific Reports, 3, 1985 (2013); 6. M. Liu, et al. Advanced Materials, 25,

1435 (2013); 7. M. Liu, et al. Advanced Functional Materials, 19, 1826 (2009); 8. Ziyao Zhou, et al. Nature

Communications, 6, 6082 (2015). 9. T. Nan, et al. Nature Comm. under review

D02-13

Ionic liquid gating control of magnetism

Ming Liu

School of Electronic and Information Engineering , Xi'an Jiaotong University , 28 W. Xianning Rd. , Xi'an,

Shannxi 710049, China

D02-14

磁电复合材料与器件进展

董蜀湘

北京大学

D02-15

全钙钛矿多铁隧道结中的磁电耦合忆阻行为

黄伟川 1，方跃文 2，殷月伟 1，段纯刚 2，李晓光*1

1. 中国科学技术大学 物理系 合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)，合肥 230026

2. 华东师范大学 极化材料与器件教育部重点实验室，上海 200241

忆阻器具体有连续可调的电阻特性，在非易失的高密度存储以及模拟人工神经突触中有着潜在的应用

价 值 从 而 备 受 关 注 。 我 们 采 用 脉 冲 激 光 沉 积 、 Ar 离 子 刻 蚀 以 及 光 刻 等 技 术 制 备 了

La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3//SrTiO3 (30/3/50 nm) 全氧化物多铁隧道结 (MFTJ)，利用高分辨

扫描投射电镜对其原子结构进行分析，观察到了非对称的界面原子互扩散现象。该 MFTJ 表现出了忆阻行

为，即其电阻依赖于写入操作电压的脉冲幅度和脉冲次数，且与势垒层中不同极化方向的铁电畴比例相关；

结合隧穿磁致电阻（TMR）效应，可以获得至少十个非易失、可重复的电阻状态，展现了基于 MFTJ 的忆

阻器在非易失的高密度存储中的潜力。更重要的是，我们发现在铁磁电极磁矩平行和反平行时表现出不同

的铁电畴相关的忆阻行为；通过铁电畴长大的模型分析，发现反平行态下的铁电畴长大激活场大于平行态

下的，与我们理论计算平行或反平行态下的铁电翻转势垒大小结果一致。结合理论计算，我们还发现铁电

极化的翻转会调制势垒/电极界面互扩散原子层的少子自旋，从而使得铁电畴的长大可以连续调控界面自旋

极化率（即 TMR）。这些研究结果表明了 MFTJ 具有磁电耦合忆阻行为，并将可能促进磁电耦合器件在高

密度非易失存储应用以及人工智能开等方面的研究。

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*通讯作者 Email: lixg@ustc.edu.cn

关键词：磁电耦合；忆阻器；多铁隧道结

D02-16

基于弛豫铁电单晶的异质结磁电材料和弱磁传感器

罗豪甦

上海硅酸盐研究所

D02-17

异质结非制冷磁电传感器

汪尧进

南京理工大学

The magnetoelectric (ME) effect has attracted significant interest in recent years due to potential

multifunctional devices applications such as passive magnetic field sensors, non-volatile

electric-write/magnetic-read memories, etc. In particular, giant ME coupling found in Metglas/piezofiber laminate

composite open the possibility of magnetic field sensors applications. The practical usefulness of a magnetic

sensor is determined not only by the output signal of the sensor in response to an incident magnetic field, but also

by the equivalent magnetic noise generated in the absence of an incident field[1]. The challenge of fabricating a

ME composite with a high ME coefficient αE and a low equivalent magnetic noise has restricted the realization of

ME magnetic sensors. There have been limited reports on ME sensors that exhibit low frequency (f<10 Hz )

equivalent magnetic noise levels on the orders of 20 pT Hz-1/2 range, which is still between one and two orders

larger than that of optically pumped ultralow magnetic field sensors[1]. The reduction of equivalent magnetic

noise is perhaps the most difficult technical obstacles to practical use of ME magnetic sensors. Hence, a

theoretical analysis of noise sources, and evaluation of resultant equivalent magnetic noise of each source, is

crucial for a complete understanding of ME magnetic sensors. Studies of the constituent noise sources, and the

corresponding equivalent magnetic noise, have previously been deficient, in particular with regards to the relative

magnitude of the equivalent noise.

In the conference, I will present the imperative theoretical modeling of various noise sources in ME

sensors[2,3]. In particular, the magnitude of the noise sources will be discussed, and the main noise source can be

found for various mode ME sensors. In turn, the equivalent magnetic noise was significantly reduced in

Metglas/piezofiber sensors based on the theoretical modeling. An extremely low equivalent magnetic noise (5 pT/

√Hz @ 1 Hz) ME sensor was achieved, in which the αE was as large as 55 V/cm˙Oe at optimal bias field of

Hdc= 8 Oe, and the magnetic field sensitivity was as high as 10 pT at 1 Hz[4].

8

References:

[1] John Clarke, R. H. Koch. The Impact of High-Temperature Superconductivity on SQUID Magnetometers,

Science, 1988, 242:217.

[2] Y.J. Wang, J.F. Li and D. Viehland. Magnetoelectrics for magnetic sensor applications: status, challenges and

perspectives. Materials Today, 2014, 17: 269-275.

[3] Y.J. Wang, J.Q. Gao, M.H. Shen, D. Hasanyan, J.F. Li and D. Viehland. A review on equivalent magnetic noise

of magnetoelectric laminate sensors. Philosophical Transactions Of The Royal Society A-Mathematical Physical

And Engineering Sciences, 2014, 372: 2012045.

[4] Y.J. Wang, D. Gray, D. Berry, J.Q. Gao, M.H. Li, J.F. Li and D. Viehland, An extremely low equivalent

magnetic noise (~pT Hz-1/2) magnetoelectric sensor, Advanced Materials. 2011, 23:4111-4114

D02-18

柔性、半透明的 BaTi0.95Co0.05O3 阻变存储器

袁国亮

南京理工大学 210094

柔性电子器件和可穿戴设备的蓬勃发展需要当前的氧化物薄膜和器件能够柔性弯曲。但是大尺度

ABO3 型氧化物材料在柔性电子器件中的应用面临一些亟待解决的难题：ABO3 型氧化物材料的弹性应变

小，单晶和陶瓷非常坚硬容易断裂。

为 了 获得 柔 性 弯 曲 和 半 透 明 的 氧 化 物 阻 变 存 储 器 ， 我 们 采 用 云 母 (mica) 基 片 制 备 了

mica/SrRuO3/BaTi0.95Co0.05O3/Au 阻变存储单元。因为云母是耐高温、抗氧化的二维材料，100 纳米厚度

云母基片的弯曲半径可以在 0.1 毫米以下。

实验表明，制备的样品具有优越的综合阻变性质：高/低电阻比例超过 50 倍、信息读写次数超过 36

万次、能够在室温至 180 度环境下正常工作、经过 500 度退火后器件能够恢复如初等等。更重要的是，该

9

样品具有优越的抗弯曲性能和半透明的特征，在 1.4 毫米弯曲半径下样品能够保持原始平整样品一致的阻

变性质，在 3 毫米半径下弯曲 1 万次之后样品毫发无损，阻变性质没有明显变化。

我们知道，石墨烯、硫化钼等二维材料具有柔性弯曲、透明和合适的能带结构，成为当前科学研究

的大热点；BaTiO3、PbZr1-xTixO3 等目前已经在工业中广泛应用的氧化物功能材料是否可以具有二维材料

的部分特征呢？当前我们已经可以通过分子束外延、原子层沉积等技术在硬质基片上制备比氧化石墨烯更

薄的几纳米厚度的氧化物薄膜。在生长这些氧化物超薄膜之后，如果能够大面积、经济实惠地减薄/剥离基

片，就有可能让普通的氧化物薄膜也具有二维材料柔性弯曲、透明等属性。

关键词：ABO3 氧化物；阻变存储；柔性弯曲；可穿戴设备

D02-19

铁掺杂钛酸锶薄膜的多铁性能与电阻开关特性研究

唐新桂，王一光，蒋艳平，刘秋香

广东工业大学 物理与光电工程学院 510006

通过溶胶凝胶法制备了一系列的 SrTi1-xFexO3 (0￡x￡0.2)薄膜，并研究了掺杂浓度、退火气氛、薄膜

厚度以及黄厚兵退火温度对薄膜的电学及磁学性能影响。当用 Fe 离子取代 Ti 离子，随着浓度的增加，薄

膜的铁电和铁磁性能在 x=0.1 时达到 大值，过多的 Fe 掺杂则会降低薄膜铁电及铁磁性。Fe 掺杂同时增

大了薄膜的漏电流密度，改变了薄膜的电流传导机制。XPS 结果表明薄膜中 Fe2+，Fe3+与 Fe4+共存，并且

Fe3+占主要地位，这有利于氧空位的存在。分析结果表明，氧空位以及可能存在的缺陷偶极子是薄膜铁电

和铁磁性能的主要来源，并且对薄膜的漏电流产生了很大影响。退火气氛中较低的氧浓度有利于氧空位的

生成，可以促进薄膜的铁电和铁磁性能。然而，当缺陷浓度过高，反而会由于大漏电流和反铁磁效应的存

在降低薄膜的铁电和铁磁性能。空气中退火有利于增强薄膜的铁电和铁磁性能。样品的厚度并没有对其结

构和表面形貌产生很大影响。然而，薄膜的铁电和漏电流特性却发生了很大变化，2 层薄膜的铁电性能明

显优于 3 层薄膜，并且漏电流也较小，两者的导电机制也不相同。通过研究发现，这主要是由于 3 层薄膜

中含有更多有利于缺陷生长的界面，这些缺陷（尤其是氧空位）增大了样品的漏电流。 随着退火温度的

升高，薄膜的漏电流密度也明显增大。650C 和 700 C 退火的薄膜受到漏电流影响较小，电滞回线在高电场

下极化值降低现象不明显，零电场间隙也很小。漏电流机制研究表明杂质有利于缺陷的生成，从而增大薄

膜的漏电流。研究了不同温度下薄膜的双极阻变现象，800 C 退火的样品呈现出 佳的双极阻变特性，

高与 低电阻比值可以高达 102。并且样品的双极阻变效应会随着循环次数的增加，不断趋于稳定。界面

效应在器件的阻变特性中起到了一定作用，这可以用肖特基势垒理论来解释。

关键词：钛酸锶；溶胶凝胶法；薄膜；铁电；铁磁；漏电流；电阻开关

D02-20

TiOx 氧化物的一些进展

陈朗

南方科技大学

D02-21

Magnetostriction-Polarization Coupling in Polar and Magnetic Double-Corundum Manganese Tungstate

MAN-RONG LI1,2, Martha Greenblatt2

1. School of Chemistry, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, P. R. China

2. Department of Chemistry and Chemical Biology, Rutgers, the State University of New Jersey, 610 Taylor Road,

Piscataway, New Jersey 08854, USA

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Double corundum-realated polar magnets are promising materials for multiferroic and magnetoelectric

applications in spintronics. However, their design and synthesis is a challenge, and magnetoelectric coupling has

only been observed in Ni3TeO6 among the known double corundum compounds to date. Here we address the

high-pressure synthesis of a new polar and antiferromagnetic corundum derivative manganese tungstate, which

adopts the Ni3TeO6-type structure with low temperature first-order field-induced metamagnetic phase transitions

(TN = 58 K) and high spontaneous polarization (~ 63.3 μC/cm2). The magnetostriction-polarization coupling is

evidenced by second harmonic generation effect, and corroborated by magnetic-field-dependent pyroresponse

behavior, which together with the magnetic-field-dependent polarization measurements, qualitatively indicate

magnetoelectric coupling. Piezoresponse force microscopy imaging and spectroscopy studies show switchable

polarization, which motivates further exploration on magnetoelectric effect in single crystal/thin film specimens.

Keywords: polar magnet; magnetostriction; double corundum; single phase multiferroics

D02-22

Permanent Ferroelectric Retention of BiFeO3 mesocrystal

Qing He

Department of Physics, Durham University, South Road, Durham, DH1 3LE, United Kingdom

D02-23

氧空位对氧化物薄膜材料的晶体结构和电子结构的调控效应

郭海中 1,2

1. 郑州大学物理工程学院

2. 中国科学院物理研究所

氧空位是氧化物材料研究中无法回避的一个关键科学问题，特别是氧化物薄膜材料中，氧空位一直是

困扰研究者的一个重要科学问题。虽然现在已有一系列工作研究氧空位对氧化物薄膜物理性质的作用，但

对很多基本机制还没有清晰的理解，从而限制了氧化物薄膜的广泛应用。

针对氧化物薄膜中氧空位问题，我们设计了在有/无氧空位临界点附件微调氧空位浓度制备了两个

La2/3Sr1/3MnO3 薄膜：一个没有氧空位的完美薄膜和一个有少量氧空位的薄膜来做对比。通过球差矫正电

镜揭示了在高氧压下制备的 LSMO 薄膜晶体结构中几乎没有缺陷，是完美晶体结构；在低氧下制备的

LSMO 薄膜具有氧空位。

我们又制备了氧空位有序的 SrCoO2.5 薄膜，研究了界面应力对其电子结构和晶体结构的调控效应。

我们从实验和理论上揭示了，应力使氧八面体的键长和键角改变，晶格结构发生变化，从而使其电子结构

发生改变，其能隙随应力有规律变化。同时，我们又用超快 XRD 研究了激光激发引起晶格膨胀的超快过

程，并分析了光生载流子对其晶格结构和电子结构的影响，并分析了其超快演化过程。

关键词：氧化物薄膜；氧空位；激光分子束外延；第一性原理；界面；应力；电子结构

D02-24

Zr、Sn 改性的 BaTiO3 陶瓷多层膜的电卡性能研究

侯莹 1,2

1. 华东理工大学 物理系，上海 200237

2. 宾夕法尼亚州立大学 电子工程系，美国 16802

随着人民生活水平的提高和科技的发展，制冷技术已经渗透到日常的衣食住行以及尖端科学仪器和技

术的方方面面。磁/电卡效应，是在磁/电场的作用下，材料的磁化/极化状态发生变化而产生的绝热温度或

等温熵的变化，从而实现制冷效果。相比传统的制冷方式，这种新的制冷方式具有高效、洁净、节能、环

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保、健康等诸多优点，必将成为取代氟利昂压缩制冷方式的绿色制冷技术。但是，磁卡效应通常需要高磁

场和大型磁体源，不利于器件的小型化集成化；而目前的电卡材料仍然广泛存在着工作电场高、击穿场强

低、可用温区窄等问题，因而探索低电场下的室温电卡材料已成为发展新型制冷技术的关键。

我们用流延法制备了 Ba(Zr, Ti)O3 和 Ba(Zr, Sn, Ti)O3 陶瓷多层膜，研究了其介电、铁电性能，用直接

测量法获得了该体系的电卡性能，并讨论了性能和组分的依赖关系以及各性能的温度依赖关系。

结果发现通过 BaTiO3 改性可获得室温附近多相共存的材料体系并优化室温附近的介电和铁电性能，而且，

由厚度较低、带电极层的陶瓷膜堆叠成的多层膜结构大大降低了工作电压、提高了击穿场强、并保留了有

效质量。更有意义的是，Zr、Sn 改性 BaTiO3 陶瓷多层膜的电卡特性得到了明显的提高：在 10 MV/m 的低

电场下，室温附近，可以获得高达 4.9 K 的温度变化和 8.9 Jkg-1K-1 的熵变，并且此优异的电卡效应可存

在于很宽的温度区间(0 oC~60 oC)。

该结果表明，多相共存体系中更易获得大的熵变，从而提高电卡响应；另一方面，各层陶瓷膜间的界

面效应可进一步增大熵变及温度变化，提高制冷效果。该体系的电卡特性远远优于其他陶瓷块体材料，有

利于电卡材料体系和相关电卡器件的设计与开发。

关键词：陶瓷多层膜；铁电；介电；电卡效应

D02-25

金属／铁电体／半导体铁电隧道结中肖特基势垒调控研究

温峥

青岛大学物理科学学院 266071

自上世纪 90 年代，铁电体就作为新型非挥发信息存储器的备选材料而受到业界广泛关注。 近，一

种基于金属／超薄铁电体／金属的量子存储结构—铁电隧道结走入人们视野。这种结构中铁电极化翻转改

变了结势垒形貌，调控了电子透过率，使其具备非挥发阻性存储和非破坏性数据读出等卓越性能。电致电

阻开关比（ON/OFF）是铁电隧道结关键性能指标，比值越大，应用前景越广阔。2013 年，温等提出金属

／铁电体／半导体隧道结，利用铁电场效应诱导半导体表面额外势垒，增强了极化翻转对结输运的调控能

力，在 Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3 中观测到了～104 的 ON/OFF 开关比[1]。尽管这一性能比当时 好结果提高

了近 2 个数量级，但距离商业化应用依然存在差距。

这里，我们通过系统改变 Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3 隧道结 BaTiO3 厚度和 Nb:SrTiO3 掺杂浓度来对铁电体

／半导体界面肖特基势垒开展调控研究[2]。在厚度仅 4 晶格，掺杂浓度为 0.1wt%的样品中获得了 优化

性能，ON/OFF 开关比可达 107，这已和当前主流商业化 FLASH 存储方案相匹敌，表明其巨大应用潜力。

当厚度下降到极限的 4 晶格时，BaTiO3 在保持可翻转自发极化同时，其作为势垒具有非常大的透过率，

本身的电阻对隧穿电流可忽略。这时，铁电隧道结演变成了金属／半导体肖特基结，其电致电阻来自于极

化翻转对界面肖特基势垒的调控[2]。相比之前结果，这种输运调控方式更加有效，从而 ON/OFF 开关比显

著提高。当前工作不仅提出了一种有效提高电致电阻性能的方法，并且超薄 Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3 隧道结

所表现出的巨大 ON/OFF 比值和电可控整流效应更有利于基于 crossbar 结构高性能阻性存储器的设计和发

展。

参考文献：

1. Nat. Mater. 12, 617 (2013).

2. Nat. Commun. 8, 15217 (2017).

关键词：铁电隧道结；隧穿效应；电致电阻特性；肖特基势垒

D02-26

氧化物极性表面及其外延生长

郭建东

中国科学院物理研究所 100190

12

金属氧化物晶体的极性表面具有固有的不稳定性，因此往往发生重构以补偿极性。我们在钙钛矿结构

氧化物 SrTiO3 极性的(110)和(111)表面分别观测到系列重构相，各相的稳定性随表面金属阳离子成分不同

发生可逆的演化。利用这种规律，我们通过高能电子衍射对表面微观结构的表征，就可以实现氧化物薄膜

生长中金属成分的实时、原位监测，其精度得到大幅提高。在极性不连续异质界面的生长中，极性补偿机

制还可能驱动元素向表面的偏析，影响界面的明锐程度。通过对生长热力学和动力学的分析，我们探讨了

生长氧化物极性方向超晶格的可能途径。

关键词：金属氧化物；极性表面；表面重构；外延生长

D02-27

氧化物薄膜中的界面调控

杨浩

南京航空航天大学

D02-28

Tunable Poisson’s ratio and correlated physical property in mixed-valence epitaxial oxide films

Chuanwei Huang1,2, Lang Chen2

1. Shenzhen Key Laboratory of Special Functional Materials, College of Materials Science and Engineering,

Shenzhen University

2. Department of Physics, Southern University of Science and Technology

Despite its rarity, negative Poisson’s ratio in functional materials is a highly attractive phenomenon. Here, the

mixed-valence oxide films have been grown using pulsed laser deposition.variability of Poisson’s ratio and

correlated physical property in manganite films were investigated. It is demonstrated that the variable

Poisson’s ratio from negative to positive can be facilely tuned by interface misfit strain, film thickness and

oxygen vacancies. The magnetic and transport properties are found to be highly sensitive to the value of

Poisson’s ratio of manganite films. These results provide an alternative way for better modulation and

understanding of elastic-mediated physical properties of oxide films by engineering the Poisson’s ratios.

Keywords: poissons ratio; oxide films

D02-29

铌酸钾钠外延薄膜的相结构和压电性能

罗进，孙伟，周朕，李敬锋

清华大学 材料学院 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084

铌酸钾钠体系因其具有优异的压电性能而成为目前无铅压电陶瓷研究的热点。本工作通过溶胶凝胶法，

在（001）取向的 Nb:SrTiO3 单晶衬底上成功制备了高质量的锰掺杂的铌酸钾钠外延薄膜。同步 X 射线倒

易空间图谱结果表明铌酸钾钠外延薄膜在室外下为单斜相，对比于其块体材料中的正交相，由于衬底应力

的作用外延薄膜的面内晶格常数减小。同时采用压电力显微技术研究了铌酸钾钠外延薄膜的变温畴结构，

发现相转变发生在 170 ℃和 200 ℃之间。为进一步分析相变后的相结构，深入研究了薄膜在 200 ℃的畴

结构和同步 X 射线倒易空间图谱。结果表明铌酸钾钠外延薄膜随着温度的升高发生了单斜相 MC-MA 的

相转变。在相变处，对称晶面的增多和单斜相MC与MA之间极化矢量的旋转引起了压电性能的显著增强。

D02-30

自支撑准二维 CoFe2O4-BaTiO3 异质结中的磁致阻变效应研究

吴飞虎，王涛，陆小力，李鑫，李恒，张进成，郝跃

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西安电子科技大学 710071

磁电复合异质结薄膜利用材料界面处的应力或电荷关联使体系中的磁（电）极化耦合在一起，为不同

外场下调控材料的内禀属性提供了可能，是构建具备多重存储状态及全电场驱动的新型自旋电子器件的理

想体系。然而受传统异质结氧化物薄膜生长条件限制，难以与现有硅基半导体为主体的器件工艺兼容，无

法实现异质集成，极大限制了其在信息产业中的应用。针对这一问题，本文提出基于牺牲层的异质结衬底

转移思路，利用脉冲激光沉积技术，在保持了各层材料的原子级可控精度前提下，实现了高质量异质结薄

膜与基板剥离。以典型的 CoFe2O4-BaTiO3 异质结体系为例，获得了自支撑准二维异质结薄膜，成功转移

至硅基衬底，并制成原形器件；研究结果表明 CoFe2O4-BaTiO3 异质结中氧空位迁移引起的阻变效应受到

BaTiO3 极化状态的影响从而出现了四重电阻态；同时在外界磁场的作用下，材料的电阻值也发生显著变

化。该结果为功能氧化物薄膜与半导体器件的结合提供了新的思路，为开发相关信息存储器件及柔性传感

器件创造了材料与实验支持。

关键词：自支撑；准二维；异质结薄膜；磁致阻变效应

D02-31

衬底取向对外延 Ni 薄膜晶格和磁各向异性的影响

谭姚宇，梅之恒，周鹏，梁坤，章天金

湖北大学 430062

铁磁材料具有耦合的机电、磁电、光电等丰富多样的功能，可用于电声、电信、电表、电机中，还可

作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备等。随着器

件的综合化和微型化，薄膜磁各向异性研究成为当前材料学研究热点。而薄膜的磁各向异性与薄膜晶格结

构有关，调控薄膜的晶格取向对磁各向异性的研究很重要。

利用磁控溅射在不同取向的压电衬底 PMN-PT 上制备外延生长的 Ni 薄膜。

XRD 计算结果表明不同取向衬底生长的薄膜由于晶格失配面内受到张应力，不同取向薄膜受到应力大

小不同，（001）（110）（111）三种取向薄膜面外受到压应力大小分别是 0.567%，0.092%，0.142%面内受到

张应力大小分别为-0.251%，-0.041%，-0.063%。PPMS 研究结果显示（001）（110）（111）三种取向薄膜

易磁化轴均沿面内方向,剩余磁化分别为 405.07 emu/cm3，298.03 emu/cm3,454.68 emu/cm3, 难磁化轴沿面

外方向剩余磁化分别为 132.69 emu/cm3，212.31 emu/cm3,120.63 emu/cm3。（111）取向薄膜单轴各向异性

常数 大，（110）取向薄膜单轴各向异性常数 小。

磁各向异性主要受晶格应力,表面各向异性，磁晶各向异性这三方面因素影响。通过 XRD 数据计算与

面内面外磁滞回线分析，我们推测衬底取向诱导的应力各向异性与磁晶各向异性竞争。这对外延薄膜磁各

向异性和后续的压电控制磁化翻转研究有指导意义。

关键词：磁晶各向异性，应力，外延薄膜

D02-32

两类单相室温多铁性薄膜的磁电耦合性能

李江宇

中国科学院深圳先进技术研究院

多铁性材料同时具备电、磁、力等多种有序参量，其丰富的物理内涵和复杂的微观结构在过去十余年

引起了广泛关注。然而现有的大部分单相材料的多铁性和磁电耦合性能仅在低温环境呈现，具有室温多铁

性的单相材料相对缺乏，被广泛研究的 BiFeO3 仅呈现反铁磁性，磁电耦合效应微弱。本文报告两类单相

室温多铁性薄膜的脉冲激光沉积制备、多铁性结构表征和分析、以及磁电耦合性能测量，分别为镓铁氧体

GaFeO3（GFO)和铋层状钙钛矿 (Bi2O2)2+（Bin-1Ti3Fen-3O3n+1）。我们利用快速切换多靶材的脉冲激光

沉积(PLD)系统，通过控制轰击在 GFO 和 Fe2O3 靶材上的脉冲数来准确控制 GFO 薄膜的化学计量比，得

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到室温铁电性和磁性共存的 GFO 薄膜，探讨其多铁性的结构起源，并通过扫描探针表征确认了其局域磁

电耦合性能。而通过调控制备工艺参数和配比，我们也得到性能良好的 Bi5Ti3FeO15 薄膜，室温磁电耦合

系数为 400 mV/Oe·cm，比之前报道的陶瓷块材高三个数量级。通过压电力显微镜（PFM）和磁力显微镜

（MFM）研究 Bi5Ti3FeO15 薄膜铁电畴与磁畴室温翻转特性，显示电场和应力均可以同时翻转薄膜中的铁

电畴和磁畴，证实铁弹应变在铁电畴与磁畴耦合的过程中的桥梁作用。

D02-33

电场下氧空位迁移的原子尺度研究

谷林

中国科学院物理研究所 100190

氧的化学计量比在氧化物材料结构演化和电磁性能调控中的作用无处不在，如少量氧缺位导致的金属

-绝缘体转变、磁有序的改变及钛酸锶的感生铁电性等。 因此，理解氧离子的迁移机制对应氧化物功能器

件的设计十分关键。然而，要在实验上研究对离子迁移及其晶体结构演化问题仍具有很大的挑战性。得益

于球差校正器的发展，透射电子显微镜的分辨率得到了极大的提升。利用负球差成像技术或环形明场成像

技术，目前已可以在原子尺度上直接观察氧的子晶格，如氧八面体畸变和氧原子的占位情况，这为研究氧

空位的分布及其对电学、磁学性质的影响提供了新途径和新视角。

先前的许多对氧空位迁移的研究主要基于对谱学的分析，或者对晶格膨胀等的测量，其分辨率一般在

纳米或微米尺度。本文采用了一种基于芯片的加电场设计，在透射电镜中构建了一个可以在原子尺度下观

察氧空位迁移的高稳定性平台。

我们在原子尺度下研究了 SrCoO2.5-σ 薄膜中氧离子在电场作用下的迁移过程以及新相的生成。发现

氧离子在在电场的作用下从 SrO 面内以隔行的方式脱出；在临界电压 1.5V 时发生结构相变，生成了新的

氧空位有序相。对该类结构的层状模型分析表明，氧空位通道是氧离子脱出的选择，也是氧空位离子排列

倾向的方式。

本文中给出的氧离子迁移过程的直接实验图像，不仅可以加深我们对电场调控电化学迁移，进而导致

结构相变的原子机制的理解，也为先进氧化物功能材料的设计提供了线索。

关键词：功能氧化物；氧空位；透射电镜

D02-34

BiFeO3薄膜中的铁电畴和畴壁

吕笑梅，金亚鸣，肖疏雨，李阳，黄凤珍，朱劲松

南京大学固体微结构物理国家重点实验室，南京，210093

BiFeO3（BFO）自从作为室温多铁性材料被发现以来，一直是研究热点。但是，围绕该材料仍然不断

有新的现象被揭示。这里我们将介绍利用压电力显微镜对 BFO 薄膜中铁电畴相关特性进行研究的一点基

础分析方法以及近期的一些研究成果，主要包括以下几个方面：(1) 基于 2D 压电力图像研究多晶材料铁电

畴开关的方法；（2）多晶 BFO 薄膜的铁电畴开关和弛豫；（3）（001）外延 BFO 薄膜的畴结构和开关特性；

（4）外延 BFO 薄膜中的铁电涡旋畴构建及分析。

关键词：BiFeO3；压电力显微镜；铁电涡旋畴

D02-35

四方钙钛矿 90°电畴翻转与“衍射面转换”物理模型研究

吴金根，高翔宇，余洋，杨继昆，董蜀湘

北京大学 100871

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铁电材料的压电性产生于内部电畴从无序到有序的转变。通常情况下，压电陶瓷在未极化时，材料为

各向同性材料，内部电畴随机取向，宏观上未表现出压电性。当陶瓷极化后，内部电畴重新取向，各个晶

胞的偶极子从空间随机取向状态变为沿电场方向有序排列状态，压电材料在宏观上变为各向异性而具有压

电性能。传统的 PZT 压电陶瓷已经在传感器、驱动器、换能器以及压电马达等领域取得广泛应用，有关于

PZT 电畴结构的研究也得到了广泛的关注。钪酸铋-钛酸铅陶瓷（BS-PT）是一种新型的优异压电材料，具

有高的压电性能（d33 高达 450pC/N），同时居里温度高达 450℃，因此 BS-PT 压电陶瓷在高温环境下具有

巨大的应用潜力。但极少有人对 BS-PT 压电陶瓷的电畴开展研究。

本文利用传统的固相反应法制备了呈现四方钙钛矿结构的 BS-PT 压电陶瓷，研究的在不同强度的极化

电场下，内部电畴的翻转情况以及相应的对材料宏观物理性能的影响。在四方钙钛矿中，施加电场时内部

电畴存在 3 种转变：180°电畴翻转，90°电畴翻转，以及不翻转。为了定量研究电畴翻转对压电性的影响，

XRD 衍射方法被用来观察电畴的翻转。在 180°电畴翻转中，偶极子仅仅从极轴的正向转到负向，或者从

负向转到正向，微观上没有引起晶胞的面网间距的变化，宏观上不产生应变或应力，180°电畴翻转无法被

XRD 观察到。在 90°电畴翻转中，偶极子随着极轴从一个晶轴翻转到另一个晶轴，引起晶胞的面网间距的

变化，同时产生应变和应力，因此 90°电畴能被 XRD 观察到。本文针对四方钙钛矿中电畴翻转提出了“衍

射面转换”物理模型，该模型可用于：（1）判断衍射面在外部电场下的稳定性；（2）外电场作用下，各衍

射面之间的相互转变关系；（3）定量地估算 90°畴的翻转概率。该模型为研究四方钙钛矿压电陶瓷的压电

性能与 90°电畴翻转之间的关系提供了有力的理论依据。

关键词：四方钙钛矿；90°畴翻转；XRD；衍射面转换

D02-36

多铁性材料微结构的高分辨同步辐射 XRD 研究

高琛，罗震林，杨远俊

中国科学技术大学 230029

发展了高分辨的 X 射线三维倒易空间扫描技术(3D-RSM)，并将其用于多相 BiFeO3/LAO(001)外延膜

晶微结构的研究，结果表明该技术能迅速获取并直观展示晶相、畴结构的整体信息，甚至包括晶界部分的

结构信息。该研究揭示了混相 BFO 外延膜中三斜 BFO 畴间的同质外延关系，这些晶畴间的无位错晶界导

致了外电场下三斜 BFO 相间易于转化，进而形成了大的电致形变效应。与此同时，我们还发展了二维倒

空间快速扫描技术，并研究了 PMN-PT 准同型相界中微结构的演化，为理解准同型相界处优异压电效应的

起源提供了微结构证据。这些工作显示同步辐射高分辨 XRD 是多畴铁性材料研究的有力工具。

关键词：多铁性材料；同步辐射；倒易空间扫描；微结构

D02-37

强磁场下光学与电子晶体研究

盛志高，陆轻铀

中国科学院合肥物质科学研究院 230031

磁场是一种热力学条件，极端强磁场有助于帮助科研人员发现新现象、认识新物性。围绕强磁场条件，

中科院强磁场中心磁光团队逐步建立了稳态强磁场下的光学测试系统。该系统包括有磁场下的非线性光学

（SHG）、时间分辨磁光 KERR、太赫兹时域谱（THz-TDS）等等。借此机会，我们将向大家介绍建成以

及正在发展的磁光设备，并结合铁性材料的研究进行举例。 后向大家介绍一下磁光团队在稳态强磁场下

电子晶体及其动力学研究的相关成果。

以下是我们电子晶体研究的简介。从微观角度来说，决定固相性质的是晶格、电子以及它们的相互作

用。当晶格拥有长程序，则形成晶格单晶。当电子的各个自由度（自旋、轨道、电荷）拥有长程序，可以

想象，也能形成电子单晶。而且在电子晶体中，多个自由度可以单一或者同时获得长程序。这一特征让电

16

子型单晶变得更为有趣。我们将向大家介绍在高达 20T 的强磁场磁力显微镜的帮助下，多重量子序电子单

晶的产生、长大、弛豫、崩溃、再入等行为的实空间图像及其相关研究结果。

关键词：强磁场；MSHG；磁光；电子晶体

D02-38

Aurivillius 相多铁氧化物外延薄膜的软 X 射线散射研究

崔璋璋 1，翟晓芳 1,2，陆亚林 1,2

1. 中国科学技术大学材料科学与工程系

2. 中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室

Aurivillius 相氧化物材料同时具有室温铁电与铁磁性。对这些材料进行不同的元素掺杂，可以有效调

控它们的铁电 /铁磁性能。长期以来，它们的铁磁性被认为来源于晶格畸变导致的磁性离子的

Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用。然而，这种晶格畸变没有得到充分的实验证明。在这里，我们使用

脉冲激光沉积（PLD）技术制备了 Bi6Fe2Ti3O18,Bi6FeCoTi3O18 以及 LaBi5FeCoTi3O18 外延单晶薄膜，

使用软 X 射线吸收（XAS）与共振非弹性 X 射线散射（RIXS）技术系统地研究了薄膜的电子结构。XAS

与 RIXS 的测试结果揭示 Co 与 La 的掺杂能够调控薄膜电子结构。对 RIXS 实验结果的理论模拟证明这种

电子结构的变化来源于薄膜 FeO6 与 CoO6 氧八面体晶体场的调控。这一结果能够与晶格畸变导致的氧八

面体变形相联系。

关键词：单晶薄膜；软 X 射线吸收；共振非弹性 X 射线散射

D02-39

BiFeO3 在变温过程中的铁电极化反转

杨丹妮 1，王学云 2，张金星 1

1. 北京师范大学

2. 北京理工大学

D02-40

具有 Ruddlesden-Popper 结构 A3B2O7 陶瓷的杂化非本征铁电性

刘小强，鲁涓涓，邬竞为，陈湘明

浙江大学材料学院电介质材料研究室 310027

非本征铁电体由于其有望实现具有强磁电耦合多铁性而受到越来越多的关注。 近，第一性原理计算

预测了杂化非本征铁电性的存在，它是由两个氧八面体的旋转和倾侧耦合(如钙钛矿中的 a-a-c0 和 a0a0c+)

而诱导出的[1].由于氧八面体畸变在钙钛矿及类钙钛矿中广泛存，因此，这些材料中均存在杂化非本征铁

电性。

本工作中我们在具有 Ruddlesden-Poper 结构的 Ca3(Ti,Mn)2O7 和 (Sr,Ca)3Sn2O7 陶瓷中获得了杂化非

本征铁电性[2]，并通过一系列的结构表征，以及性能评价，并与第一性原理计算结果相互印证，揭示了其

铁电起源，并获得调控其铁电性的有效途径。

参考文献：

1. N.A. Benedek, and C.J. Fennie, Phys. Rev. Lett., 106 (2011) 07204.

2. X.Q. Liu, J.W. Wu, X.X. Shi, H.J. Zhao, H.Y. Zhou, R.H. Qiu, W.Q. Zhang, and X.M. Chen, Appl. Phys. Lett.,

106 (2015) 202903.

关键词：杂化非本征铁电性；层状钙钛矿

D02-41

17

新型高压多铁性材料

龙有文

中国科学院物理研究所

D02-42

一种中心型铁电极化拓扑畴探索

高兴森

华南师范大学

D02-43

RMnO3 中多机制耦合多铁性物理

陆成亮

华中科技大学 430074

多重铁性序共存并耦合的现象既蕴含了丰富的物理内涵，也在信息存储方面具有重要的应用前景。第

II 类多铁性体表现出特殊的磁序与铁电序的一一对应，因而备受关注，是为多铁性物理与应用研究的重要

载体。然而，这类材料的缺点也很明显。例如，相变温度较低，极化较小等。

我们以经典的多铁性体系 RMnO3 (R 为稀土离子)为对象，深入研究 R-Mn 与 Mn-Mn 两种自旋关联共

同作用所引起的多铁效应，理解其中的物理，探索优化多铁性能的新思路。

实验结果显示，R-Mn 之间的自旋关联通常会诱导自旋交换伸缩效应，并且耦合于 Mn-Mn 自旋关联所

产生的多铁性 ，能够有效调控系统的多铁性、产生新颖的磁电调控。

我们的系列实验结果预示了，有效结合多种多铁性机制的优势，或可为探索优异多铁性能的一个出路。

关键词：多铁性；磁电耦合；锰氧化物

D02-44

四方钨青铜 Sr5SmTi3+2xNb7-2xO30-x 中氧缺陷对材料晶体结构，介电及铁电性质的影响

邓宝礼，朱晓莉，刘小强，陈湘明

浙江大学材料科学与工程学院材料物理所

探究在四方钨青铜 Sr5SmTi3+2xNb7-2xO30-x中氧缺陷对材料的晶体结构，介电及铁电性能的影响。

采用标准固相烧结法成功制备含有氧缺陷的四方钨青铜 Sr5SmTi3+2xNb7-2xO30-x (x=0, 0.1, 0.25)陶瓷样品。测

试了氧缺陷对于 Sr5SmTi3+2xNb7-2xO30-x (x=0, 0.1, 0.25)陶瓷样品结构，介电性质，铁电特性的影响。

随着 x 的增大，样品中氧缺陷增多，结构变得不稳定,点阵收缩；介电低温弛豫增强，并且具在相变温

度前有很好的温度稳定性；铁电性减弱，由饱满的电滞回线收缩为细长的电滞回线。在 Sr5SmTi3Nb7O30 中

观察到公度的超结构，这与先前发表文章中的铁电相变前的结构是一致的。对于 x=0.1 和 0.25 的组分，观

察到 A 位离子交叉和氧缺陷对铁电序的干扰并且这两个因素被认为与材料铁电性到弥散性的变化有关。在

x=0.1 和 0.25 的组分中，观察到三阶非公度超晶格。一阶非公度超晶格衍射点位于(h+1/4-, k+1/4-, l+1/2)，

反应了弛豫或弥散铁电性质的四方钨青铜的一般特征。二阶非公度超晶格衍射斑点分布在围绕(h+1/2,

k+1/2, l) 点的(00k) (k=0, 1, 2, 3 …)平面上，而三阶非公度超晶格斑点分布在一阶斑点附近(00k) (k=0, 1, 2,

3 …)平面上。这种高阶衍射斑点从出现被认为是降低氧缺陷引入导致的结构能。

随着 x 的增大，氧缺陷增多，晶体结构的稳定性减弱，形成了非公度的超晶格降低自由能，使得材料

表现出更强的介电色散和铁电弛豫，这被认为是由于 A 位离子交换位置降低了半径差及五配位的钛离子中

断了极化造成的。此外，对于 x=0.1 和 0.25 的样品在约 200k 到 500k 时，介电常数稳定在 300 左右，损耗

小于 0.02

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关键词：四方钨青铜；氧缺陷；超晶格；非公度

D02-45

Y 和 Eu 共掺杂对多铁材料 DyMn2O5 陶瓷的多铁性研究

曾敏 1，杨林 1，张爱华 1，高兴森 1，刘俊明 2

1. 华南师范大学华南先进光电子研究院-材料研究所

2. 南京大学物理学院

多铁性锰氧化物 RMn2O5(R=Dy, Ho-Lu)具有丰富的磁自旋结构及磁有序导致的磁控电效应，是凝聚态

物理领域的一大研究热点。本文研究了 Dy1-x(Eu0.24Y0.76)xMn2O5 (x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0)系列陶瓷

样品的晶体结构、磁性、比热及铁电特性等。研究表明，非磁性 Y3+和 Eu3+共掺不仅能保持晶体结构不

变，而且能调节 Dy3+的独立自旋序及低温的铁电极化。随着掺杂比例 x 的不断增加，Dy3+-Mn4+-Dy3+

单元的共线自旋序及其共线序导致的电极化逐渐降低，同时 Mn3+-Mn4+-Mn3+单元的共线自旋序导致的电

极化在 x=0.4 才受到抑制作用。此外，通过唯象亚铁电畴模型成功解释了共掺杂后样品的铁电行为。本工

作不仅可为 DyMn2O5 的多铁特性提供全面的理解，也可为具有 4f-3d 离子强耦合作用的 RMn2O5 锰氧化

物提供一种可能的多铁机制模型及其有效的电极化调控途径。

关键词：多铁性材料；锰氧化物；亚铁电

D02-46

忆耦器：一种基于非线性磁电耦合效应的新型信息存储器

孙阳，尚大山，柴一晟，申见昕，鲁佩佩

中国科学院物理研究所 100190

忆耦器（Memtranstor）是一种基于非线性磁电耦合效应实现电荷 q 与磁通 j 关联的非线性记忆元件

（memelement）。基于忆耦器可以构建一种新型非易失性存储器。其原理是利用磁电耦合系数 a（或者等价

于电耦 T = dq/dj）的状态来进行二进制信息的存储。我们采用不同的铁磁/铁电复合多铁性异质结构来制备

了几种忆耦器，分别成功演示了室温下两态和多态非易失性存储，布尔逻辑运算，以及神经突触功能模拟。

与其他已知的非易失性存储器相比，这种基于非线性磁电耦合效应的新型存储器采用电写磁读，具有结构

简单、易于制备、低功耗、高密度、并行读取等优点，有望发展成为未来新一代通用型信息存储器。

参考文献:

1. J. Shen et al., Phys. Rev. Applied 6, 021001 (2016)

2. J. Shen et al., Phys. Rev. Applied 6, 064028 (2016).

3. J. Shen et al., Sci. Rep. 6, 34473 (2016).

4. P. Lu et al., Appl. Phys. Lett. 109, 252902 (2016).

关键词：磁电耦合，多铁性，信息存储

D02-47

高轨道过渡族金属氧化物体系的高压制备与物性调控

程金光

中国科学院物理研究所 100190

作为平行于温度和化学组分的基本参量，高压的引入增加了探索合成新材料的重要维度。因此，高压

高温合成可以大大拓展许多材料体系，包括具有钙钛矿和焦绿石结构的化合物稳定存在的范围，从而可以

获得许多常压下无法制备的亚稳相新材料体系，极大的丰富物质科学研究的范畴。此外，高压密闭反应环

境还可以有效避免元素挥发、提供 GPa 量级的超高压气氛，特别适合开发含有高温易挥发、反常高价态的

新材料体系，并且能保证获得的材料具有理想化学计量比。借助于高压高温合成的这些优势，近年来我们

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对 4d 和 5d 等高轨道过渡族金属氧化物体系开展了较系统的材料制备与物性调控研究。本报告中，我将首

先总结高压高温合成氧化物体系的一些特点和规律，然后简要介绍二级推进 6/8 式多面砧高压技术，之后

较详细汇报我们利用高压手段在 Ru、Ir 和 Pt 等钙钛矿和焦绿石氧化物体系中取得的研究进展。主要内容

包括：钙钛矿 ARuO3(A=Ca，Sr，Ba)体系中巡游铁磁性起源和演化的新认识[1]，AIrO3 (A=Ca, Sr, Ba )中

高压下的结构和物性演化规律[2]，全 d 电子重费米子体系 CaCu3Ir4O12[3]和强自旋-轨道耦合 Slater 绝缘

体 SrIr1-xSnxO3[4]的发现，焦绿石 A2Ru2O7(A= Cd, Tl)体系中金属-绝缘体转变的高压调控规律，以及 Pt-5d

轨道杂化对稀土焦绿石阻挫磁体 R2Pt2O7(R=稀土)磁基态的影响规律[5]。

参考文献：[1] PNAS 110, 13312 (2013)；[2] Chapter 6, Perovskite Materials, InTech (2016)；[3] PRL 111, 176403

(2013)；[4] PRL 117, 176603 (2016)；[5] PRB 94, 214429 (2016); PRB 93, 014443 (2016)

关键词：高压高温合成；高轨道过渡族金属氧化物；钙钛矿；焦绿石

D02-48

Ba4Pr2Fe2Nb8O30 钨青铜陶瓷的介电和铁电性能

高庭庭，陈湘明

浙江大学电介质材料研究室 310027

制备高致密度的陶瓷，研究元素化合价变化对材料性能的影响。

通过标准固相反应法制备了 Ba4Pr2Fe2Nb8O30 钨青铜陶瓷，结合其结构讨论了其电导、介电和铁电

性能。在热处理过程中 Fe 离子和 Pr 离子的化合价变化对 Ba4Pr2Fe2Nb8O30 陶瓷的电导、介电和铁电性能

有着重要影响。

在陶瓷中发现了典型的弛豫现象，出现了宽化的介电常数峰，以及具有强烈频率色散的介电损耗峰。

N2 气氛处理后的陶瓷，介电常数和损耗峰值温度有显著升高，伴随有强烈的频率色散。而 O2 气氛处理降

低了陶瓷的介电常数峰值温度，并且抑制了频率色散。这些现象都与 Fe 离子和 Pr 离子的化合价变化密切

相关。

Fe2+和 Fe3+在晶粒内的跃迁引起了空气烧结和 N2 气氛处理陶瓷的介电弛豫。室温附近铁电性的增强

归因于 Pr4+置换 Pr3+引起的 A1 位和 A2 位离子半径差的增大。

关键词：铁电性；混合价态；钨青铜

D02-49

LaRNiMnO6 (R=Pr, Nd, Sm)双钙钛矿陶瓷的结构、磁性和磁介电效应

林辉，石新新，陈湘明

浙江大学材料科学与工程学院，浙江 杭州 310027 310027

双钙钛矿体系具有多变的结构和丰富的性能，为构筑潜在的多铁性材料提供了可能。

本研究采用标准固相法制备 LaRNiMnO6 (R=Pr, Nd, Sm)双钙钛矿陶瓷，并系统讨论了该陶瓷体系的结

构、磁性和介电性三者之间的关联与耦合。

通过全谱拟合，并结合磁性测试的结果，该体系的空间群为单斜 P21/n。从顺磁相到铁磁相的相变过

程与 La2NiMnO6 类似，并且在铁磁居里温度 TC 以下测得磁滞回线，其中 A 位离子半径对铁磁居里温度

TC 具有显著的影响，TC 随 A 位离子半径的减小而单调下降。介电温谱分析表明，该体系的介电常数在

TC 附近具有明显的异常，表明磁性和介电性之间存在关联。

通过研究外磁场条件下的介电性能，可以观察到明显的磁介电效应，且 大的磁介电系数可达-7.7%，

这种磁介电效应可能同时来自本征和非本征贡献。

关键词：双钙钛矿；磁性；磁介电

D02-50

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Advances in AFM Technologies and Applications in Dielectric Materials

Weigang Chen

Nowadays, AFMs are capable of simultaneously characterizing high resolution topography together with

physical properties such as quantitative mechanical mapping, magnetic domain structure, resistance/conductivity,

and ferroelectric domain structure.

Furthermore, AFM can also serves as an experimental platform for studying various coupling behavior among

electrical, mechanical, magnetic and even thermal properties. A good example is recent studies using AFM probe

not only to detect ferroelectric domains, but also manipulate them with applications of voltage or mechanical

forces. More experimental factors can be introduced with the implantation of heating stage, high voltage, light

source, glove box, and even Raman and IR for chemical information.

In this presentation, recent advances in AFM technologies will be introduced, together with their application

examples in different research fields.

Keywords: AFM; PFM; Nanoscale

D02-51

铌酸钾钠基无铅压电体系：从陶瓷到低维材料

李敬锋

清华大学

D02-52

基于多铁材料的纳米电子机械器件

游龙

华中科技大学

D02-53

Ferroelectric Strain Modulated Antiferromagnetic Moments and Controllable In-Plane Uniaxial Magnetic

Anisotropy in Ni/NiO Heterostructures

Jing Ma

Tsinghua University

D02-54

单晶 MgO(100)基三元系 PMnN-PZT 铁电薄膜制备研究

张涛

西安科技大学

在 MgO（100）基底上利用磁控溅射方法制备出了单晶 0.06PMnN- 0.94PZT(45/55)三元系铁电薄膜，

并使用快速淬火技术以提高薄膜的晶体取向。

薄膜的表面平整，结构的致密度很好，无柱状结构出现，且薄膜面内和面外 XRD 结果显示该薄膜为 c

轴取向生长的单晶钙钛矿薄膜，薄膜为四方晶格。由计算出的晶格常数可知，该 PMnN-PZT(45/55)薄膜具

有与相近成分体材料几乎相同的晶格常数，这说明薄膜内残余应力很小。测量得该薄膜的相对介电系数和

介电耗散因数分别为 260 和 0.01，该薄膜具有典型的硬响应 P-E 曲线，其饱和极化强度高达 60µC/cm2，

其极化矫顽场为 2Ec=230kV/cm，该结果进一步证明了 PMnN-PZT(45/55)薄膜的单畴/单晶特性。利用悬臂

梁方法测量出 PMnN-PZT(45/55)薄膜的横向压电应力系数经修正后的为-11.2 C/m2。同时利用相近的体材

料参数计算了该薄膜其它几项压电参数，并将其与已报导的 PZT(52/48)膜和体材料压电性能相比较，结果

21

表明，PMnN-PZT(45/55)的压电性能优于报道的 PZT(52/48)膜值，使其具有优秀压电性的原因是该薄膜的

单晶结构和良好的介电性能.

该类薄膜具有低介电性和低介电损耗，强铁电性和高压电响应，以及潜在的高机械品质因数使得

PMnN-PZT(45/55)薄膜有望用于声学器件、压电器件以及 MEMS 应用中，例如薄膜体声波谐振器(FBAR)、

致动器和传感器等。

D02-55

拓朴绝缘体薄膜费米能级和电输运性能的非易失性调控

Ren-Kui Zheng1, Xu-Wen Zhao1, Si-Ning Dong2,3, Guan-Yin Gao4, Yu-Kuai Liu5, Hai-Zhou Lu6, Xiao-Guang Li4,

J. K. Furdyna2, Hao-Su Luo1

1. State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of

Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China

2. Department of Physics, University of Notre Dame, IN 46556, USA

3. Materials Science Division, Argonne National Laboratory, Argonne IL 60439, USA

4. Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale and Department of Physics, University of

Science and Technology of China, Hefei 230026, China

5. Department of Applied Physics, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong

6. Department of Physics, Southern University Science and Technology of China, Shenzhen 518055, China

7. School of Materials Science and Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031, China

Reversible and nonvolatile electric-field control of functional properties of topological insulators (TIs) is

essential for fundamental research and development of practical electronic devices. Here, we report the integration

of TI films on piezoelectric Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) single crystals and realized electric-field

controllable reversible and nonvolatile tuning of electronic properties of TI films. Not only the carrier density and

carrier type but also other properties such as the magnetoconductance, Fermi level, and screening factor of the

electron-electron interaction can be reversibly modulated in a nonvolatile manner at room temperature using the

ferroelectric polarization charges of PMN-PT. Our findings demonstrate a simple and facile approach to probe

insight into the quantum transport properties of TI films via ferroelectric gating using PMN-PT. The combination

of TIs with highly piezoelectric active PMN-PT could offer a promising technology for exploring hybrid devices

that do not only utilize the ferroelectric field effect of TI/PMN-PT structures but also the unique properties of

respective materials.

Keywords: PMN-PT, electronic transport, Fermi level, topological insulator

D02-56

在多铁材料中的应力调控自旋波与自旋轨道耦合

周子尧

西安交通大学

D02-57

Co60Fe20B20-(011)PMN-PT 磁电异质结中电场调控的非易失性磁性能

王婧 1，Massimo Ghidini2，张森 3，胡嘉冕 4，南策文 5，Neil D Mathur2

1. 南京航空航天大学航空宇航学院，机械结构力学及控制国家重点实验室，南京 210016

2. 剑桥大学材料科学与冶金系，剑桥 CB3 0FS

3. 国防科学技术大学理学院，长沙 410073

4. 宾州州立大学材料科学与工程系，宾州 16802

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5. 清华大学材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084

利用电场信号在零磁场条件下实现对磁信号的调控可以从根本上解决目前磁电子器件中常见的发热

问题。多铁性磁电异质结因其结构简单、室温下磁化矢量和极化矢量的强相互耦合，被认为是 有希望实

现纯电场调控磁翻转的材料载体之一，引起了学术界高度关注。

利用磁控溅射法在面外极化的(011)PMN-PT 单晶基片上制备 Co60Fe20B20非晶膜。通过在非晶膜生长过

程中的外加磁场使之具有单轴磁各向异性。

在室温下，当对该磁电异质结施加不同电场时，该异质结表现出明显的非易失性的电场可调的磁性能

变化，并且该变化在电场撤去后仍能较好保持。该异质结的磁电耦合系数随生长磁场与面内[100]方向夹角

不同而变，其 大值分别达到了[100]方向的 4×10-6 s/m 与[01-1]方向的 8×10-6 s/m。

通过对比生长非晶膜前后(011)PMN-PT 单晶基片的应变曲线发现：在生长了 Co60Fe20B20 非晶膜后，

(011)PMN-PT 单晶基片的应变曲线发生了由对称性良好的“蝴蝶线”向非对称的“回线”形状的变化，造成该

变化的具体原因还在进一步探索中。

关键词：磁电耦合；磁电异质结；电场调控磁性能；非易失性

墙展

D02-P01

SrTiO3/BaTiO3 超晶格对 SrTiO3 铁电性的调控

王志成，孟德超，翟晓芳，陆亚林

中国科学技术大学

SrTiO3(钛酸锶)是氧化物体系非常重要的一种材料，它经常被用作氧化物薄膜生长的衬底。STO 本身

是顺电体，如果把它做成铁电的，将会对设计一些场调控的电子设备有重要应用。早期有通过掺杂，加电

场，同位素替代以及施加应力等方法来实现铁电的 STO。近几年，理论计算表明当存在 Sr 缺陷的时候，

反位替代的 Ti 原子会诱导出 STO 的铁电性。后续一些实验工作证实了这种缺陷导致的 STO 的铁电性。我

们的想法是对铁电 STO 进行调控。对于一些常见的铁电材料，人们研究发现做成超晶格会使铁电性增强。

这里我们用脉冲激光沉积方法（PLD）生长了一系列含 Sr 缺陷的 SrTiO3/BaTiO3 超晶格，保持超晶格周期

中 BTO 层数不变（8 层），STO 层数有序改变。我们还生长了不含 Sr 缺陷的 STO/BTO 作为对比。我们通

过铁电回线测试，PFM，SHG，红外等方法对样品铁电性进行了表征，一定程度上实现了超晶格对其的调

控。

关键词：铁电；SrTiO3；Sr 缺陷；超晶格

D02-P02

0.3CFO/0.7PMN-PT 制备方式对磁电耦合性能研究

王文，王奥培，刘昆，贾德昌，周玉

哈尔滨工业大学 材料学院 特种陶瓷研究所

根据复合材料磁电耦合的乘积效应，以具有高磁致伸缩效应的 CoFe2O4 （CFO）为铁磁相，以 MPB

附近压电性优异的 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PMN-PT）固溶体为铁电相制备的磁电复合材料应具有优

异的磁电效应。实际由于铁磁相 CFO 的电阻率低，在 PMN-PT 基体中分布不均匀，在加高电压时会产生

漏电流，限制了 PMN-PT 的极化，减弱了磁电效应。本文采用固相法和溶胶凝胶法制备 CFO/PMN-PT 颗

粒复合陶瓷，对比分析烧结温度和粉体制备方法对复合陶瓷电学性能和磁电耦合效应的影响，以期获得提

高复合陶瓷的电学性能和磁电效应的工艺。

23

采用固相法和溶胶-凝胶法制备摩尔比为 3:7 的 CoFe2O4/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - 0.33PbTiO3(CFO/PMN-PT)粉

体后成型并且制备陶瓷，研究了烧结温度和粉体制备方法对复合陶瓷电学性能的影响。结果表明，与固相

法相比，采用溶胶-凝胶法制备的复合陶瓷中 CFO 颗粒在 PMN-PT 基体中的分布更加均匀；虽然固相法制

备的复合陶瓷的铁电性能较好，但溶胶-凝胶法制备的复合陶瓷压电系数更高，磁电电压（耦合）系数也更

高，高达 253.16μV/(cm·Oe)。

关键词：CFO/PMN-PT 颗粒复合陶瓷；铁电；磁电系数

D02-P03

层状磁电复合材料的复合工艺与温度稳定性研究

徐明月，施展

厦门大学

目的：许多理论和实验研究已经表明层状磁电复合材料的磁电系数随着温度的升高而降低。为了寻求

具有良好温度稳定性的层状磁电复合材料，本文对层间结合方法进行了改进。

方 法 ： 本 文 设 计 了 不 含 粘 结 剂 的 复 合 方 法 ， 制 备 了 不 含 粘 结 剂 的 Ni/PZT/Ni 和

Metal-glass/PZT/Metal-glass 两种层状磁电复合材料，并与环氧树脂粘结剂复合的层状磁电复合材料进行对

比，研究了其温度-性能关系。

结果：通过与环氧树脂粘结复合的相同三层磁电复合材料的对比发现，在-20oC 至 120oC 的温度下非

粘接复合的层状磁电复合材料均显示出良好的温度稳定性，而通过环氧树脂粘接连接的层状磁电复合材料

则表现出随温度的升高磁电系数降低的现象。

结论：采用非粘结方式复合制备的层状磁电复合材料具有良好的温度稳定性，有望应用于高温器件的

设计与开发。

关键词：层状磁电复合材料；磁电效应；温度稳定性

D02-P04

Ba4R2Sn4Nb6O30（R=La, Nd, Sm）充满型钨青铜陶瓷的结构、介电和铁电性能

杨子晋，朱晓莉，刘小强，陈湘明

浙江大学

目的：钨青铜氧化物晶体结构多变，介电、铁电特性丰富，是仅次于钙钛矿的电介质材料大家族。

方法：本研究设计并制备出了 Ba4R2Sn4Nb6O30(R=La, Nd, Sm)充满型钨青铜陶瓷，系统研究了该陶瓷

体系的结构、介电和铁电性能。

结果：通过晶体结构精修，确定该体系三组分空间群均为 P4bm,其中 R=Nd, Sm 成分陶瓷中含有少量

杂相。该体系三组分均为具有非公度调制结构的弛豫铁电体，随着温度降低表现出具有明显频率色散的介

电峰，并且介电峰值温度随稀土离子半径减小而上升。室温条件下，该体系三组分均呈现出线性 P-E 回线。

结论：Ba4R2Sn4Nb6O30(R=La, Nd, Sm)充满型钨青铜陶瓷空间群均为 P4bm,均为弛豫铁电体。

关键词：充满型钨青铜；介电性能；弛豫铁电体

D02-P05

Sc 掺杂 YbFeO3 的六角相及其近室温磁序研究

王舒民 1，郑书翰 1，林林 1，张慧敏 2，董帅 2，颜志波 1，刘俊明 1

1. 南京大学物理学院 人工微结构科学与技术协同创新中心，南京 210093

2. 东南大学物理系，南京 211189

近年来，多铁性和多铁性材料成为凝聚态物理和材料科学领域 热门的研究课题之一，尤其是寻找室

温多铁材料是当前多铁性研究的挑战。而六角稀土铁氧化物 RFeO3 因其可能具有的高温铁电性，近年来逐

24

渐引起人们的关注。但是迄今为止，在 LuFeO3和 Lu1-xScxFeO3 (LSFO)中，只有位于 120 ~ 170 K 的低温磁

相变能够确认，其高温反铁磁性(h-LuFeO3~ 440 K)仍存在争议。

在本工作中，通过调节 Sc 元素的掺杂量，成功合成具有稳定六角结构 Yb1-xScxFeO3 (YSFO)样品。

相比于 LSFO，YSFO 表现出新奇的磁有序转变：我们观测到了在 Tf ~ 225 K 处的近室温弱铁磁性，这

源自于磁电自旋-晶格耦合，也是迄今为止六角稀土锰/铁氧化物报道的 高磁有序转变温度；随后在 TC ~

165 K 处存在自旋重组，同时伴随有铁电相变。此外，在 40 K 附近 Yb3+形成长程序，增强了 c 方向的铁磁

性，表明 Fe3+和 Yb3+离子磁矩中存在着有趣且复杂的耦合效应。

因此，本工作为在六角铁氧化物及相关材料中寻找室温多铁性提供一定的实验基础。

关键词：多铁性；六角相转变；自旋晶格耦合

D02-P06

六角锰氧化物中拓扑畴结构的空间各向异性

杨昆仑 1，张洋 1，郑书翰 1，林林 1，颜志波 1，刘俊明 1,2，丁尚郁 3

1. 南京大学物理学院 固体微结构物理国家重点实验室

2. 湖北师范大学 先进材料研究所

3. 罗格斯大学物理与天文系 罗格斯新兴材料中心

在金兹堡朗道理论中，对应于面内的三聚化幅度 Q 和面外的极化 P 分别有两个刚度参数，我们特别关

注拓扑涡旋-反涡旋畴结构随这两个参数变化的演化。

我们用基于唯象金兹堡-朗道理论的相场方法模拟了六角锰氧化物中的畴结构。

我们的工作揭示了可以通过改变刚度参数极大的调整拓扑畴结构。对应于 Q 的沿 z 方向的刚度比较大会导

致涡旋-反涡旋节点联成的线沿着 z 方向拉伸， 终将会产生拓扑条带畴。较大的对应于 Q 和 P 的沿着 z

方向的刚度都将导致垂直于 z 轴的畴壁更宽，而平行于 z 轴的畴壁则不会受到影响。

我们的工作表明可以利用一些可以改变六角锰氧化物三聚化刚度和极化刚度的方法，例如应变，去控制拓

扑畴结构。

关键词：六角锰氧化物；拓扑涡旋-反涡旋畴结构；刚度

D02-P07

化学溶液方法沉积 Bi2NiMno6 薄膜及介电与铁电性能研究

刘秋香，唐新桂，蒋艳平

广东工业大学

目的：研究用化学溶液方法制备的 Bi2NiMnO6薄膜在室温下是否具有铁电性能。

方法：采用化学溶液快速旋涂工艺在单晶 Si(100)衬底上制备 Bi2NiMnO6/LaNiO3（BNMO/LNO）双层

膜。将 BNMO 薄膜在 N2 气氛中分别进行 600、650、700 和 750℃四个温度的退火，得到四个样品。测试

四个样品的物相结构、形貌、铁电、漏电性能，并分析漏电流的传导机制。

结果：XRD 测试表明用化学溶液法制备的 BNMO 薄膜都已成相，700℃退火的薄膜拥有 好的结晶度，

其晶粒大小和形状 均匀，具有 小的漏电流密度和 稳定的极化值。室温下测试得到的电滞回线结果表

明，四个样品均显示出了苗条瘦长的铁电电滞回线循环，表明了 BNMO 薄膜在室温下即能显示铁电性能。

漏电流机理分析显示 BNMO 的漏电流行为有多种导电机制，即有欧姆导电机制，肖特基导电以及空间电

荷限制电流导电机制等。

结论：可以在合适衬底表面用化学溶液旋涂方法制备双钙钛矿 Bi2NiMnO6 薄膜，且薄膜在室温即具有

铁电性能。

关键词：Bi2NiMnO6 薄膜；化学溶液方法；铁电性能

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D02-P08

底电极调控 BiFeO3 薄膜阻变特性

刘影，周鹏，梁坤，祁亚军，章天金

湖北大学 材料科学与工程学院

铁电阻变存储器以其高密度、高速度、低功耗、非破环性读取的存储优势，为下一代新型非易失性存

储器件的研究奠定了基础。阻变特性是指在外加电压的作用下，实现高阻态和低阻态之间的转换。阻变机

制的相关分析对于阻变存储器的发展尤为重要。

采用脉冲激光沉积法，在 SrTiO3 和 Nb-SrTiO3 单晶衬底上沉积具有三种不同底电极 Nb-SrTiO3、

La0.7Sr0.3MnO3 和 SrRuO3 的 BiFeO3 外延薄膜，即：BiFeO3/ Nb-SrTiO3、BiFeO3/La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 和

BiFeO3/SrRuO3/ SrTiO3，研究了底电极诱导的应变和能带结构对 BiFeO3薄膜阻变特性的影响。

XRD 结果表明，所有薄膜均沿衬底高度取向生长。不同结构的 BiFeO3薄膜 I-V 回线表现出不同的对

称性和整流特性，并且阻值出现 2 个数量级的差距。

PFM 测试结果表明不同结构 BiFeO3 薄膜内建电场的方向和大小不同，对功函数的计算表明，三种结

构中内建电场越大对应的阻值越小。研究表明，界面处势垒高度和耗尽区宽度的变化对阻变特性具有显著

影响。

关键词：阻变特性；应变；内建电场；能带结构

D02-P09

PSN-BS-PT 压电陶瓷准同型相界附近的压电性能研究

余洋，吴金根，袁小婷，沈心怡，董蜀湘

北京大学

采用传统固相法制备了 0.03Pb(Sb1/3Nb2/3)O3-(0.97-x)BiScO3-xPbTiO3 (x = 0.60, 0.61, 0.615, 0.62, 0.625,

0.63)三元系压电陶瓷，分析了陶瓷样品的相结构、微观结构、压电性能和铁电性能，由 XRD 结果表明，

所有陶瓷样品的相结构为钙钛矿结构，研究了不同 PT 含量对准同型相界的影响规律。实验表明随着 PT

含量的增加，材料体系逐渐由三方相变化为四方相，获得了处于准同型相界附近的材料组分。PT 含量为

0.62 时，材料具有较好的压电性，压电常数 d33、机电耦合系数 kp、居里温度 Tc、剩余极化强度 Pr分别为：

553pC/N、56.7%、384 oC、39.1 μC/cm2。

通讯作者邮箱：sxdong@pku.edu.cn

关键词：PSN-BS-PT 压电陶瓷；准同型相界；居里温度

D02-P10

铁酸铋纳米线微结构调控研究

张鲸 1，伍胜兰 1，符春林 1，马晋毅 2

1. 重庆科技学院冶金与材料工程学院

2. 中国电子科技集团公司第二十六研究所

铁酸铋（BiFeO3）是室温下同时具有铁电性和弱铁磁性的单相多铁材料，一维纳米材料由于各向异性

和独特的尺寸效应而具有特异的物理性质。本文采用水热法制备 BiFeO3纳米线，主要研究 NaOH 浓度（0mol、

1mol、3mol、5mol、7mol）、时间（30h、36h、48h、56h、64h）、温度（180℃、190℃、200℃、210℃、

220℃）对 BiFeO3 纳米线结构的影响。通过 XRD 分析物相，用 SEM 和 TEM 进行形貌表征。实验结果表

明：在 200℃、48h 得到的 BiFeO3 纳米线所含杂相 少，纳米线形貌规则；NaOH 浓度的适当增加有利于

纳米线沿着某一方向生长，NaOH 浓度过高会产生 Bi2Fe4O9；时间增加会导致 BiFeO3颗粒长大；随着温度

的升高产物直径有减小趋势。

关键词：铁酸铋；纳米线；微结构；调控

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D02-P11

BaTiO3 中带电畴壁和氧空位相互作用的第一性原理研究

巩纪军，李川福，林林，颜志波，刘俊明

南京大学固体微结构国家重点实验室

铁电畴壁由于其独特的不同于块体的性质而具有很大的应用前景，特别是畴壁导电性的研究拓展了铁

电材料应用的新领域。近年来，为了寻找具有良好的导电性能的铁电畴壁，人们对此进行了大量的研究。

尽管在很多铁电材料的畴壁中都发现了导电现象，但是目前所发现的铁电畴壁的导电性都很弱，难以满足

器件使用的需要。研究发现表明，一些带电畴壁相对于不带电的畴壁而言具有较好的导电性能，而且畴壁

附近的缺陷会对畴壁的性质产生明显的影响，因此有望通过缺陷对畴壁的性能进行调控。然而，由于畴壁

结构的多样性和缺陷分布的复杂性导致人们对于缺陷和畴壁之间的相互作用的规律缺乏深入的了解。

在本工作中，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，我们对于 BaTiO3 中带电缺陷（氧空位）和

带电畴壁（包括 180 度头对头和尾对尾的畴壁）之间的相互作用以及缺陷对于畴壁导电性能的影响进行了

研究。

研究发现，氧空位和带电畴壁之间存在着复杂的相互作用。受畴壁的影响，氧空位趋向于在畴壁附近

聚集，反之畴壁的形貌和分布也会由于氧空位的影响而发生变化。氧空位的存在使得畴壁发生移动，形成

新的畴壁分布并导致缺陷对畴壁的钉扎效应。氧空位对畴壁区域费米面附近的态密度产生较大的影响，从

而在很大程度上影响了畴壁的导电性。

关键词：铁电畴壁，畴壁导电，氧空位，带电缺陷

D02-P12

不同 C/Si 和晶粒度对纯铁磁性能的研究

刘青，陈正阳，杨树峰，李京社

北京科技大学

研究 C/Si 和晶粒度对纯铁磁性能的变化规律，是提高纯铁磁性能的必经之路。

通过真空电弧炉分别熔炼 C/Si>1 和 C/Si<1 的纯铁，然后采用不同的热处理工艺来调整晶粒大小，利

用光学显微镜观察纯铁的金相组织，测量并计算出晶粒的平均尺寸和均匀度， 后利用振动样品磁强计

VSM 测试仪测试其矫顽力、饱和磁感应强度、磁导率。

结果表明，当C/Si<1时，随着晶粒平均尺寸由 122μm降到 38μm时，矫顽力由 2.1842G升高到 3.6682G，

当 C/Si>1 时，随着晶粒平均尺寸由 150μm 降到 51μm 时，矫顽力由 2.9662G 升高到 3.7126G；当 C/Si<1

时，经过空冷处理后，纯铁晶粒的均匀度为 1.903，此时饱和磁感应强度 高，其值为 215.04emu/g，当

C/Si>1 时，经过退火处理后，纯铁晶粒的均匀度为 1.967，此时饱和磁感应强度 高，其值为 213.31emu/g；

磁导率的变化无规律可循，其 高值为 3.768312×10-2emu/g·G。

这说明，晶粒平均尺寸越小矫顽力越高；晶粒的均匀度越好，饱和磁感应强度越高；影响磁导率大小

的因素不仅取决于晶粒的平均尺寸和均匀度，还应考虑到纯铁化学成分的影响即 C/Si 的影响。

关键词：C/Si；晶粒度；饱和磁感应强度；矫顽力；磁导率

D02-P13

弛豫铁电体 Ba(Ti1-xYx)O3-x/2 陶瓷的电卡效应

赵烨，邬竞为，刘小强，陈湘明

浙江大学材料与工程学院电介质材料实验室

制冷在生活生产中必不可少，占能源消耗的很大一部分，传统的压缩气体式的制冷技术已经很难提高

能源利用的效率，开发新的高效率的制冷技术迫在眉睫。固态制冷技术有无污染、低成本、高效率的优点，

有望取代原来制冷技术。电卡效应可以简单地理解为对材料施加电场时，偶极子趋于电场方向转动，降低

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了体系的熵值，使材料温度升高。电卡效应的驱动力是外加电场，电场的产生有成本低、占据体积小的优

点，电卡效应可以用绝热温变和等温熵变来表征。

在本工作中，我们利用标准固相法制备了不等价置换的 Ba(Ti1-xYx)O3-x/2单相陶瓷。纯的钛酸钡陶瓷有

三个相变存在，少量的 Y 元素置换 Ti 元素就可以使三个相变点合并为一个弥散相变。随着 Y 元素置换量

的增加，相变的弥散程度和弛豫行为被加强。随着 Y 元素置换量的增加，材料的电卡系数 大值有所减小，

它所对应的温度有偏离介电常数峰值温度向高温方向移动的趋势。表征材料电卡效应的绝热温变和等温熵

变同电卡系数有相同的变化趋势，且电卡效应可在 50K 的温度范围内保持 大值的 90%。对于单个组分来

说，随着施加电场强度的增大，材料的电卡系数 大值有所减小，它所对应的温度有偏离介电常数峰值温

度向高温方向移动的趋势。本工作揭示了弛豫型铁电体的电卡效应随置换元素置换量、外加电场等因素的

变化规律。

关键词：弛豫铁电体；电卡效应

D02-P14

低掺杂 La1-xCaxMnO3 (0.25≤ x ≤0.45)块材的红外光谱性质

黄晓桦，林洪沂，程再军

厦门理工学院光电与通信工程学院

掺杂钙钛矿锰氧化物 La1-xCaxMnO3（LCMO）由于自旋、电荷、轨道和晶格之间的强烈耦合作用而备

受关注。当 Ca 掺杂为 0.2< x <0.5 时，体系从反铁磁绝缘态逐步过渡至铁磁金属态。为进一步揭示体系中

存在多种自由度的耦合，我们以红外光谱作为探测结构变化的手段，研究低掺杂 La1-xCaxMnO3 体系在磁转

变温度附近的晶格变化。

我们采用固相反应法制备 Ca 掺杂为 x = 0.25,0.30,0.35,0.40,0.45 的 LCMO 前驱物，分别在 1000°、1100°

C 和 1200°C 对前驱物进行研磨和煅烧， 后在 1350°C 保温 15h，获得成相的 LCMO 多晶块材，并在

6-290 K 测量样品的红外光谱（波数为 400-4000 cm-1）。

结果显示：（1）所有样品的透射光谱在 600cm-1 附近出现强烈的吸收带，随着温度降低，该吸收带不

仅向高波数移动并且越来越模糊，在低温时几乎不显现，仅有 x=0.45 样品在低温仍有展宽的吸收带；（2）

样品的吸收带消失的温度 Td 随 Ca 掺杂 x 的变化曲线显示，在 x=0.35 附近，Td 达到 大值，而该体系相图

上的居里温度（TC）及金属绝缘转变温度（TR）也在掺杂为 3/8 左右达到 大值；（3）从红外光谱获得的

每个样品的有效载流子数目（积分范围 400-1500 cm-1）随着温度的降低，在其 TC附近急剧增加，并趋向

恒定。

有效载流子数目随温度降低而增加的结果表明，低温下去局域化载流子数目增加，屏蔽了体系的晶格

振动，使反映 Mn-O-Mn 键长变化的拉伸模（stretching mode, 600cm-1 附近）在低温下逐渐消失；体系由于

引入空穴，Mn4+离子含量逐渐增加，有效载流子数目增多，同时巡游的 eg 电子体系铁磁关联逐渐增强，并

且在 x=0.35 附近达到 强。可见，La1-xCaxMnO3体系中自旋、晶格、电荷间存在着强烈的耦合作用。

关键词：La1-xCaxMnO3；红外光谱；耦合作用

D02-P15

(Sr1-xCax)3Sn2O7 陶瓷的微结构与电性能研究

王凤起 1，张海 1，蔡苇 1,2，高荣礼 1,2，符春林 1,2

1. 重庆科技学院

2. 纳微复合材料与器件重庆市重点实验室

具有 Ruddlesden-Popper (An+1BnO3n+1，n=2)层状钙钛矿结构的材料由于可能具有的杂化非本征铁电性

近年来逐渐受到关注。采用固相法制备了具有同样结构的(Sr1-xCax)3Sn2O7 陶瓷，采用 XRD 和 SEM 对其物

相和表面形貌进行表征，利用 LCR 仪和铁电分析仪对其介电性、铁电性和漏电流特性进行了测定，系统

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研究了 Ca2+量对其微结构和电性能的影响，发现：Ca2+的引入会降低(Sr1-xCax)3Sn2O7 陶瓷的预烧温度和烧

结温度；随 Ca2+量增加，(Sr1-xCax)3Sn2O7 陶瓷晶格常数和晶粒尺寸逐渐减小，陶瓷的致密性有所下降；

(Sr1-xCax)3Sn2O7 陶瓷室温介电常数和介电损耗均随 Ca2+量增加而减小，这与晶粒尺寸效应有关；

(Sr1-xCax)3Sn2O7 陶瓷的漏电流随 Ca2+增加而增大，这是样品致密性变差所致；样品的矫顽场强和剩余极化

强度随 Ca2+量增加略有增大。

关键词：层状钙钛矿；(Sr1-xCax)3Sn2O7；介电性；铁电性

D02-P16

(1-x-y)BaTiO3-xCaTiO3-yBa(Zr1/3Sn1/3Hf1/3)O3 无铅陶瓷的组分选择，相界设计和电学性能表征研究

辛旭东 1，吴金根 1，吴家刚 2，董蜀湘 1

1. 北京大学 工学院 材料科学与工程系，北京 100871 中国

2. 四川大学 材料科学与工程学院，成都 610064 中国

本工作通过掺入 Ca, Zr, Sn, Hf 元素的方式来调控钛酸钡陶瓷的相结构，即调节三方-正交相变温度(TR-O)

和正交-四方相变温度(TO-T)至室温附近，在室温附近形成准同型相界区域，获得电学性能增强的碳酸钡基

压电陶瓷。

我们用传统固相反应法制备了(1-x-y)BaTiO3-xCaTiO3-yBa(Zr1/3Sn1/3Hf1/3)O3（0≤x≤0.15,0≤y≤0.10）无

铅压电陶瓷，并系统地研究了组分、物相结构和电学性质之间的关系，同时阐述了相关物理机理。

XRD 和介温测试结果表明该体系所有组分中掺杂元素都很好地融入到 BaTiO3晶格中，陶瓷在室温下

均呈现典型的钙钛矿结构；在 A 位上通过 Ca2+部分取代 Ba2+可降低 TR-O和 TO-T，在 B 位上用 Zr4+、Sn4+、

Hf4+混掺部分取代 Ti4+可提高 TR-O 和 TO-T。对该体系陶瓷电学性质表征表明组分对压电性能有很大影响，

而这种影响很可能与相界有关；相界对于铁电性也有至关重要的影响，获得较高铁电性的组分基本上在室

温下都处于 O-T 相界区；另外，介电常数εr 总体上看是随 x（Ca2+）增加而增加，随 y（Zr4+,Sn4+,Hf4+）

的增加而先增加后减小，介电损耗都比较低（<0.05）。因此可得出结论，多相共存可以在一定程度上提高

该体系陶瓷的压电、铁电、介电性。对部分组分的应变测试表现出了典型的应变曲线，电致应变和 d33*的

变化趋势一致。综上所述，我们找到了综合电学性能较好的组分 x=0.05,y=0.06,它 d33 高，介电常数εr

较高损耗 tanδ小，剩余极化强度 Pr较大。

钛酸钡基陶瓷因其高压电性被研究者们认为是目前 具有研究意义的无铅压电陶瓷体系之一，而且

BT 基陶瓷还有高介电常数和压电铁电性，具有代替 Pb(Zr,Ti)O3(PZT)应用于商业化电子器件的潜力，值得

进一步研究。

关键词：钛酸钡基；无铅压电陶瓷；相界；压电性能

D02-P17

Ba4Sm2Ti4Ta6O30 钨青铜铁电陶瓷的极化动力学

朱晓莉，陈湘明

浙江大学材料科学与工程学院材料物理研究所电介质物理研究室 310027

四方钨青铜氧化物(A1)p(A2)6-p(B1)8-p(B2)2+pO30 (p</span> = 3, 4, 5)是仅次于钙钛矿的重要的电介

质家族。它们独特的介电铁电特性吸引了科学家们的兴趣。对于铁电材料而言，极化反转过程的研究具有

十分重要的理论价值和实际意义。因此，对于铁电单晶晶、薄膜以及陶瓷的铁电极化机理的研究非常多。

然而，由于种种原因，对于充满型钨青铜铁电体极化动力学及畴反转机制的研究十分稀少。

因此，我们通过分析介电特性与铁电电滞回线的演化过程，对 Ba4Sm2Ti4Ta6O30 钨青铜陶瓷的铁电

性与极化反转动力学进行了深入细致的研究。研究表明，Ba4Sm2Ti4Ta6O30 钨青铜陶瓷在降温至 280K 左

右时发生铁电相变，相变具有较大的热滞行为，为一级铁电相变。同时，其极化强度具有明显的电场与温

度依赖性。分析矫顽场随温度的变化，可将极化的反转过程分为以下三个阶段，并分别用 Vopsaroiu 模型

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对其进行拟合，得到各阶段的极化反转激活能，分别为 0.73, 0.79,和 0.65 eV。这三个阶段分别为：(I) 弥

散的铁电相变区(323.15–293.15K), (II) 略低于铁电相变温度区 (293.15–233.15 K), 以及 (III) 低温介电

弛豫区(233.15–173.15K)。

关键词：铁电极化反转

D02-P18

并行结构 PZT-CFO 多铁纳米纤维的制备及其磁电耦合性能研究

安峰 1，朱庆丰 1，钟高阔 1，高玉霞 1，谢淑红 2

1. 湘潭大学 材料科学与工程学院 薄膜材料及器件湖南省重点实验室

2. 湘潭大学 低维材料及其应用技术教育部重点实验室

多铁纳米纤维由于不受基体约束且具有很大长径比，可以将压电效应或者磁致伸缩效应引起的位移放

大，从而显著提高材料的磁电耦合响应，有望使其在纳米电子器件中得到应用。本文采用溶胶凝胶与改进

的静电纺丝相结合的方法制备了并行结构的 PbZrTiO3-CoFe2O4 (PZT-CFO) 多铁复合纳米纤维，解决了芯

壳结构中存在的两相界面结合不紧密的问题。通过扫描电子显微镜图和能谱图确认了纳米纤维的并行结构。

在外加的面内磁场下，运用 PFM 对纤维的局部磁电耦合效应进行了研究，观测到了铁电畴结构在磁场作

用下的演化和翻转。另外，通过测量加磁场前后的蝴蝶曲线，估算了纳米纤维的面内磁电耦合系数。

关键词：静电纺丝；多铁材料；并行结构；PZT-CFO；复合纳米纤维

D02-P19

LiFe2F6 的电荷有序产生的多铁性以及磁电耦合性质

林玲芳，张杨，董帅

东南大学物理学院 211189

LiFe2F6 从高温到低温出现了结构相变，并伴随着电荷有序现象的发生，相关的中子和穆斯堡尔谱实

验都验证了这一奇特的物理现象。

目的：

1. 探究 LiFe2F6 的多铁性质

2. 在 LiFe2F6 中实现磁电耦合性质

方法：

1. 第一性原理计算。2.蒙特卡洛数值模拟。

结果：

通过第一性原理计算，我们确认了其磁基态，通过自旋海森堡模型，我们构建了传统的哈密顿量，通

过蒙特卡洛模拟也进一步验证了其磁基态及反铁磁转变温度。结果和实验非常吻合。通过使用标准的 BP

计算方法，我们认为 LiFe2F6 是一种新型的多铁材料，并拥有较大的铁电极化。通过应力调控，我们成功

的在块材中实现了磁电耦合性质。

结论：

1. LiFe2F6 是一个新型的多铁材料。

2. 通过应力调控，可以在 LiFe2F6 中实现磁电耦合。

关键词：LiFe2F6；多铁；磁电耦合

D02-P20

金属/铁电体/半导体隧道结的高温电致电阻效应

席中男，温峥

青岛大学物理科学学院

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当前主流商业化存储技术 FLASH 随着芯片集成度不断提高表现出读写速度低，操作电压高，数据保

持时间短等不足。铁电隧道结因具有非破坏性电阻型数据读出，高存储密度，读写速度快，功耗低等优点

而被认为 有潜力突破传统 Si 基材料物理极限的非挥发存储方案。 采用重掺杂半导体作为铁电隧道结电

极，结合铁电场效应诱导铁电体/半导体界面额外势垒被证明是提高铁电隧道结电致电阻的有效手段。我们

之前的工作表明[1]，结构优化的 Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3 金属/铁电体/半导体隧道结具备接近 107 的室温

ON/OFF 开关比，已经能与 FLASH 存储器相比拟。

这里，我们报道 Pt/ BaTiO3(4u.c.)/Nb:SrTiO3(0.7wt%)隧道结的高温电致电阻特性，研究电致电阻特性

在 300～513 K 范围内随温度升高的演变。室温下，样品 ON/OFF 开关比为~2×106，当温度升至 383 K（超

过集成电路的工作温度范围：室温～358 K），样品依然可保持~3×105 的高开关比，表明铁电隧道结具有

好的高温耐用性。温度进一步升高，ON/OFF 比值明显下降。隧道结电致电阻性能下降可归因于铁电极化

随温度升高而降低，极化翻转对结势垒的调控能力减弱。结合输运测试和电容分析，BaTiO3/Nb:SrTiO3 界

面肖特基势垒在 OFF 态随温度升高而降低，ON 态时随温度升高而增强，因此 ON/OFF 开关比下降。通过

测试不同温度下高、低阻态保持时间，利用 Arrhenius 关系外推，得到室温数据保持时间～70 年。当前研

究推动了铁电隧道结的实际应用，并且为铁电极化导致铁电隧道结阻变这一物理图像提供了实验支持。

关键词：铁电隧道结；隧穿效应；肖特基势垒；电致电阻效应

D02-P21

Aurivillius 相室温多铁材料 Bim+1Ti3Fem−3O3m+3 性能研究

贾婷婷 1，木村秀夫 2，程振翔 3，赵洪阳 4，欧云 1，付比 1，李江宇 1

1. 中国科学院深圳先进技术研究院

2. 国立材料研究所

3. 卧龙岗大学

4. 武汉工程大学

Bi 层状钙钛矿铁电材料（也称为 Bi 层状结构）是 Aurivillius 等科学家于 1949 年首先发现的，该化合

物是由（Bi2O2）2+和赝钙钛矿层（Am-1BmO3m+1）

2-按一定的规律交替排列而成。如果在 A 位引入 Bi，B 位

引入 Fe，Ti 等，就形成典型材料体系(Bi2O2)2+（Bin-1Ti3Fen-3O3n+1），其铁电性主要来源于 A 位 Bi 原子 6s2

孤对电子，B 位离子的位移和 BO6八面体的扭转及其在 ab 面内的滑移，铁磁性则来源于 B 位的 Fe 离子，

其中(Bi2O2)2+层同时起着绝缘和空间电荷补偿的作用良的特点特性。理论上， (Bi2O2)

2+（Bin-1Ti3Fen-3O3n+1）2-会具有堪比 BiTiO3 的铁电性以及可能的室温铁磁性。然而，此类 Aurivillius 相层状钙钛矿结构室温单相

多铁材料的磁电耦合机理目前还没有详尽的研究结果。本文对 Aurivillius 相室温多铁材料

Bim+1Ti3Fem3O3m+3 薄膜的生长特性和磁电耦合机理进行了研究。

首先，利用激光脉冲沉积沉积（PLD）法研究了 Bim+1Ti3Fem3O3m+3（m=4, 5, 6）薄膜的生长工艺，并

对室温下 Bim+1Ti3Fem3O3m+3（m=4, 5, 6）薄膜的铁电性和磁性进行了研究。发现随着 m 值的增大，铁电性

能变差，可能原因一是由于（Bi2O2）层的绝缘作用降低，导致漏电增大；另一原因是由于随着 m 值增大，

结构无序性增强，出现 BTF，BTF2 和 BTF3 混合相的几率增大。

利用扫描探针（SPM）技术首次实现了外加应力对 Bi5Ti3FeO15 薄膜基多铁薄膜中磁畴和电畴的操控，

同时验证了 Bi5Ti3FeO15薄膜中铁弹应变在铁电畴与磁畴耦合的过程中的桥梁作用。并提出“力写电读和力

写磁读”的新型存储概念。

关键词：多铁性薄膜；扫描探针

D02-P22

多铁性 MgO 磁隧道结/铁电异质结的电磁性能调控

杨远俊 1，肖钢 2，高琛 3，李晓光 4

1. 合肥工业大学

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2. 布朗大学物理系

3. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室

4. 中国科学技术大学合肥微尺度国家实验室

复合多铁性异质结是实现室温电场调控磁性的重要方案之一，有望设计和开发出新型高密度、低功耗、

快速和非挥发性磁电存储器件。

我们在 (011)-Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3 铁电晶体上生长了氧化镁基 (MgO-based)磁隧道结多层膜：

Ta(5)/Ru(30)/Ta(5)/Co10Fe90(2)/Ir22Mn78(18)/Co10Fe90(3)/Ru(0.85)/ Co40Fe40B20(3)/MgO(2)/Co40Fe40B20

(3)/Ta(0.5)/Ni81Fe19(10)/Ta(5)/Ru(10)，括号里面的数字代表薄膜厚度，以 nm 为单位。

我们发现该复合多铁性异质结钉扎层在 Co40Fe40B20 中诱导了明显的交换偏置作用，等效交换偏置场与

常规 Si 基片上的多层膜一致（~3000 Oe），有利于稳定被钉扎层 Co40Fe40B20 的磁性状态；对

Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3 施加电场，经过逆压电效应将应变传递给多层膜，发现了自由层 Co40Fe40B20 磁化强

度在铁电矫顽场附近发生 180o 翻转。进一步，利用微纳加工技术获得了 MgO 基磁隧道结单元。当自由层

与被钉扎层的磁化强度平行时为低阻态，反平行时为稳定的高阻态，遂穿磁电阻达到 18%；利用铁电单晶

衬底诱导的应变使得自由层 Co40Fe40B20 磁化强度翻转磁场从 22 Oe 降低为 13 Oe，这一结果是由自由层

Co40Fe40B20的逆磁致伸缩效应引起的。另一方面，遂穿磁电阻的大小不受外加电场的影响，进一步表明了

翻转磁场的减小来源于自由层和铁电相的磁电耦合作用，与 MgO 遂穿层无关。

可见，利用该多铁性异质结可以有效实现铁电和铁磁相之间的磁电耦合，进而为电场调控的磁电存储

器件提供设计思路和途径。

关键词：MgO 基磁隧道结；交换偏置；遂穿磁电阻；多铁性；电场调控磁性

D02-P23

BaTiO3 铁电二极管中施主掺杂增强阻变性能研究

金桥，温峥

青岛大学 物理科学学院

随着信息技术的高速发展，人们对存储器性能的要求不断提高，铁电阻变存储器应运而生，铁电二极

管就是其中典型代表。铁电二极管一般具有金属／铁电体／金属结构，自发极化翻转导致了铁电层中荷电

缺陷的重新分布，从而调制了金属／铁电体的界面势垒和器件的输运行为。这里，我们提出采用异价离子

施主掺杂来提高 Au/BaTiO3/SrRuO3 铁电二极管的阻变性能。采用 Nb5+对 BaTiO3 进行施主掺杂，获得的

ROFF/RON电阻开关比可达 2000，比未掺杂的样品提高了近两个数量级。相反的，采用 Fe3+受主掺杂抑制了

BaTiO3 二极管的阻变特性。阻变性能的提高可归因于施主掺杂增强了铁电极化对 BaTiO3/SrRuO3 界面肖特

基势垒的调控能力，从而有效控制了器件的输运特性，使其在低阻 ON 态的体效应和高阻 OFF 态的肖特基

发射之间翻转。当前工作不仅表明可控荷电缺陷在铁电二极管阻变特性中的重要作用，更有利于高性能阻

变存储器的设计和制备。

关键词：铁电二极管；肖特基势垒；铁电调制

D02-P24

(1-1)型 Metglas/PMN-PT 磁电复合材料中增强的谐振磁电耦合效应

储昭强，石花朵，史伟亮，MohammadJavad PourhosseiniAsl，高翔宇，董蜀湘

北京大学工学院

自 1961 年磁电效应首次在 Cr2O3 单晶中被发现，磁电复合材料经历了从单相体系发展到两相颗粒复合

再到层状多相复合结构。近二十年来，基于(1-3)型，(2-1)型，(2-2)型的磁电复合材料得到了广泛的研究与

应用。本文报道了（1-1）联通型的磁电复合材料。该复合材料由[011]取向的 Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3 (PMN-PT)

单晶与激光处理的非晶合金 Metglas 组成，并工作在 L-T 模式下。实验发现，(1-1)型磁电复合材料展现了

32

大的各向异性与超高的谐振磁电电场系数~7000Vcm-1Oe-1。这一结果将目前为止块体磁电复合材料的磁电

系数提高了将近 7 倍。研究同时得出：对 Metgla 的激光处理显著降低了磁损耗并提高了其机械品质因子，

一维的器件结构也明显增强了磁通聚集效应。此外基于其超高的谐振磁电耦合性能，该(1-1)型磁电复合材

料在室温下测试得到了 1.35×10-13 Tesla 的交流谐振磁场灵敏度。

关键词：磁电；磁传感器；磁通聚集；激光处理

D02-P25

锰基反铁磁形状记忆合金中马氏体变体的局域模量研究

徐甬嘉，董勇，崔书山，万见峰，张骥华

上海交通大学

磁性形状记忆合金，由于其除了拥有普通的形状记忆合金的单程或双程形状记忆效应外，还拥有独特

的磁控形状记忆效应，更成为了近几年来材料科学研究的重点对象之一。早在 2002 年，人类发现一些磁

性形状记忆合金的应变可以达到将近 10%，比一般的磁致伸缩材料和铁电材料高出两个数量级。且磁形状

记忆合金的微观结构通过一定的磁场强度就可以调节。作为锰基反铁磁形状记忆合金作为反铁磁形状记忆

合金中的一类代表性合金，人们对其也做了一定的研究。锰基高温反铁磁形状记忆合金同时具有反铁磁性、

形状记忆效应和磁控形状记忆效应，受到了大家广泛的关注。锰基反铁磁形状记忆合金中形状记忆效应和

微观组织变化有着密切的联系。形状记忆效应的主要来源是马氏体相变。在锰基反铁磁形状记忆合金中，

这种相变具体体现为 fcc-fct 结构相变。本文利用原子力显微镜研究 Mn75Ni25 wt%的微观形貌和模量特征，

重点分析界面微区的弹性模量变化，同时采用 X 射线衍射、差示扫描量热法、动态热机械分析等辅助实

验检测手段来分析其微观组织结构转变，来研究 fcc-fct 相变中微观结构的变化，得到以下的结论：（1）

Mn75Ni25 wt%降温时发生的马氏体相变为 fcc-fct 结构相变；（2）Mn75Ni25 wt%马氏体相变和奥氏体相变

的温度较近，具有热滞小的特征；（3）当温度变化时，Mn75Ni25 wt%合金会发生两种相变：马氏体相变

和反铁磁转变。Mn75Ni25 wt%其整体模量随着温度的变化会有一段较大范围的反常区间，内耗峰值随着

频率的增加而减小；（4）Mn75Ni25 wt%合金的表面模量并不是整个表面一致的，存在着一系列宽度不等

的带状结构，模量和高度有着大致的对应关系；（5）在 Mn75Ni25 wt%合金 fcc-fct 相变的产物—马氏体孪

晶中，因当存在着更加微观的结构。这些结果为之后深入理解锰基反铁磁合金的形状记忆效应的微观机制

奠定基础。

关键词：表面模量；马氏体相变；孪晶界面；Mn 基反铁磁形状记忆合金

D02-P26

组成对枝状 NixZn1-xFe2O4 纳米铁氧体材料热容和磁致发热性能的影响

高朋召 1，黄智博 1，程磊 1，袁铮 1，Evgeny V Rebrov2

1. 湖南大学材料科学与工程学院

2. 英国华威大学工程系

基于磁性纳米材料的肿瘤靶向磁感应热疗因疗效确切、安全性高、副作用少，可广泛用于临床肿瘤的

治疗。但目前靶向磁感应热疗仍存在磁性纳米材料综合性能不理想、在肿瘤部位富集率低、瘤区难以达到

治疗有效温度等问题。磁性材料在交变外磁场作用下的磁致发热效应因具有环保、高效、易控、靶向等优

点被用于众多领域，其中尖晶石型纳米铁氧体材料因具有宽泛的居里温度区间、优异的磁性能、千赫兹范

围内高的磁致发热效率、高比表面积和易负载第二相等优点，作为磁致发热介质或负载型磁致发热介质，

在磁热理疗等领域具有广阔的应用前景。

本文以金属硝酸盐和柠檬酸为主要原料，采用模板辅助溶胶 -凝胶法制备了具有枝状结构的

NixZn1-xFe2O4(0 £ x £1，步长 0.2) 纳米铁氧体材料，研究了组成对材料微观结构、比表面积、磁性能、热容

和磁致发热性能等的影响。

33

结果表明：所得纳米铁氧体呈树枝状结构，分散性良好，粒径在 30-80 nm 之间变化；随 Ni2+含量的增

加，纳米铁氧体的饱和磁化强度和矫顽力先增加后降低，当 x=0.4 时，材料的饱和磁化强度为 79.10emu/g，

矫顽力为 130.55 Oe，材料磁性能的变化主要受离子磁矩较强的 Ni2+和 Fe3+在尖晶石结构四面体和八面体空

位分布的影响；纳米铁氧体材料热容与温度的关系满足式 Cp= A + B1×T + B2×T 2 + B3×T 3 ，实验值与

Neumann-Kopp 规则计算的数据偏差在±5%以内；纳米铁氧体材料的磁致发热机制为 Brownian 弛豫，磁

致加热效率与材料的磁感应强度的平方及外磁场强度的平方成正比，当外磁场强度为 0.028T 时，频率为

223 kHz 时，Ni0.8Zn0.2Fe2O4 材料的磁致发热效率为 92.8 W/g，达到 大。

关键词：纳米铁氧体；枝状结构；磁性能；热容； 磁致发热效率

D02-P27

Defects Induced Magnetic Properties of Bi3.15La0.85Ti3O12 Thin Films Grown on LaNiO3 Buffered Si

Substrates By Chemical Solution Deposition

李蕊，唐新桂，蒋艳平，刘秋香

广东工业大学 物理与光电工程学院

Bi3.15La0.85Ti3O12 (BLT) thin films grown on LaNiO3 (LNO) buffered Si (100) substrates were prepared by

chemical solution deposition. The samples were annealed at 600 °C by rapidly thermal annealing (RTA) in oxygen

and nitrogen atmosphere, respectively. X-ray diffraction results showed that the sample annealed in oxygen

atmosphere exhibited pure perovskite and mixed random orientation. Field-emission scanning electron

microscopy (FE-SEM) results revealed that the average grain size of the sample is about 50 nm. The saturation

magnetizations of BLT lms on Si substrate with and without LNO buffer-layer were 0.112 and 0.057 emu/cm3,

respectively. Defects, strain stress can induce the magnetic property, and LNO bottom electrode can enhance the

magnetic property of the BLT film.

Keywords: Ferroelectric Thin Films; Defect; Magnetic properties; Leakage Current; Chemical Solution

Deposition

D02-P28

具有充满型钨青铜结构的 Ba4R2Zr4Nb6O30(R=La,Nd,Sm)铁电陶瓷新体系

冯文彬，朱晓莉，刘小强，陈湘明

浙江大学材料科学与工程学院

铅基铁电材料具有优异的压电性能，但其存在环境污染问题，因而有必要探索无铅铁电材料。钨青铜

材料由于其独特的结构及丰富的相变特征可为解决这一问题提供有效途径。

本研究采用标准固相法制备了充满型钨青铜 Ba4R2Zr4Nb6O30 (R=La, Nd, Sm) 陶瓷新体系，系统研究了

其介电、铁电性能及铁电畴结构，揭示了其铁电相变与微结构的关系。

Ba4Nd2Zr4Nb6O30 与 Ba4Sm2Zr4Nb6O30 是具有公度调制结构的正常铁电体，而 Ba4La2Zr4Nb6O30 具有非

公度调制结构，并表现出典型的弛豫铁电行为。随着温度降低， Ba4Nd2Zr4Nb6O30 与 Ba4Sm2Zr4Nb6O30

发生一级铁电相变并伴随有低温介电弛豫, Ba4La2Zr4Nb6O30 则表现出具有明显频率色散的弥散介电峰。铁

电畴观察结果显示 Ba4La2Zr4Nb6O30 中只出现极化微区, 而 Ba4Nd2Zr4Nb6O30 和 Ba4Sm2Zr4Nb6O30 中则出

现了较大的条形铁电畴及极化微区共存的情况。

该体系材料随 A 位离子半径差增大存在从弛豫铁电体到正常铁电体的转变，且 Zr 的加入使材料与 Ti

基材料相比弛豫性增强。

关键词：铁电；弛豫；充满型钨青铜

D02-P29

34

Bi4Ti3O12-mBiFeO3 层状氧化物的层结构调制及其新奇物理性能

孙书杰 1，彭冉冉 2，陆亚林 2

1. 信阳师范学院

2. 中国科学技术大学

借鉴层状结构的优异结构性能，通过人工设计合成来激发大的、高于室温的磁性及磁电耦合性能成为

Bi4Ti3O12-mBiFeO3 材料体系的研究主流。

本工作通过化学替代引发材料结构调制为主线，着重研究该材料体系中 A、B 位化学替代对材料的结构及

性能的影响，分析理解组分调制下的内在物理意义；探究过量化学替代引发的结构转变过程及结构转变区

间层调制相所诱导的新奇物理现象；并利用共生层结构材料 Bi11Fe3Ti6O33 来探究层调制相的微观演变过程

及低温磁性能。

结果发现，共掺杂手段能有效地提升材料的物理性能；通过过量掺杂能实现通过控制掺杂量来调控钙

钛矿层数，并在结构转变区间发现了类准同型转变效应，材料能够实现大的铁电、介电、铁磁性能的提升，

并且此效应与层调制结构密切相关；通过观察调制相的演变规律，确定不同应力存在的调制相结构界面是

影响性能提升的主要原因。

总之，利用组分及结构调控的层调制相，将是一种新原理或新方法，来激发 Bi4Ti3O12-mBiFeO3 体系材

料中的磁、电响应及磁电耦合特性。

关键词：多铁性；Aurivillius 相氧化物；磁电效应；结构调制

D02-P30

核壳结构的 KNN-基陶瓷制备及其电学性能研究

周敏，吕笑梅，黄凤珍，朱劲松

物理学院，南京大学，南京，210093

铌酸钠钾（KNN）由于其拥有替代铅基压电陶瓷的巨大潜力，近期被广泛研究。 KNN-基陶瓷的压电

特性可以通过组分的调控、织构化以及通过畴工程控制极化来提高，其中精细的组分调控则是 有效的方

式之一。

研究发现钙钛矿结构的(K0.48(1+x)Na0.52)0.95Li0.05Nb0.95Sb0.05O3 陶瓷中 K 的含量对核壳结构的形成、铁电

及介电行为有显著影响。K-少量 2 mol. % 和 4 mol. %的样品剩余极化 2Pr减小、矫顽场 Ec增强、出现了

异常的介电弛豫峰。变温介电谱测量显示，在四方（铁电）到立方（顺电）相变峰的低温侧出现了额外的

介电弛豫峰。由 Arrhenius 定律拟合得到介电弛豫单元的激活能 ~ 2 eV，表明钾离子空位 ( )是该介电弛

豫的主要来源。通过阻抗谱研究区分晶粒与晶界对电容的贡献，并结合背散射表征，表明样品中出现核壳

结构，确立了 K 离子空位富积的壳层区域在铁电响应与介电异常中扮演的角色。本工作提出了一种调控陶

瓷材料精细结构，进而调控宏观性能的新途径。

关键词：铌酸钠钾；K 离子空位；核壳结构

D02-P31

BaFe12O19 纳米结构中磁和磁电耦合性能的增强

徐星煜，邵烨，黄凤珍，吕笑梅，朱劲松

物理学院、固体微结构物理国家重点实验室，南京大学，南京，210093

六角晶系 M 型钡铁氧体 BaFe12O19，属于典型的硬磁材料，由于其制备成本低、电阻系数高、磁单轴

各向异性强、化学性能稳定和耐磨损性好等优点，已经广泛应用于永磁体、高密度垂直磁记录介质、吸波

材料等。BaFe12O19 的晶体结构可以看成由 S 模块和 R 模块沿着 c 轴交替堆栈而成，沿 c 轴表现亚铁磁序，

每个晶胞的净磁矩为 20 μB，因此材料具有较大的饱和磁化强度和较高的居里温度（分别为 72 Am2 kg-1 和

450℃左右）。在正常的中心对称结构中，三角双锥中的 Fe3+位于双锥的赤道面上，但长程的库仑相互作用

35

和短程的泡利不相容原理的竞争使得三角双锥中的 Fe3+偏离中心位置，产生局域电极化。理论计算预言应

力、掺杂可以增强这一偏离，诱导可能的长程铁电序。在纳米结构的材料中，由于它们较小的尺寸和表面

应力，会产生与块材不同的结构畸变，进而诱导一些有趣的磁、电及耦合现象。我们利用 sol-gel 方法制备

了棒状和片状 BaFe12O19 纳米颗粒。发现相对于大块陶瓷，纳米结构中出现了明显的结构畸变，进而引起

八面体和三角双锥磁亚晶格结构中 Fe3+离子相对于中心位置产生偏移。这一变化不仅使材料的磁矫顽场大

幅增大，还诱导了磁和介电耦合性能的增强。

关键词：BaFe12O19；晶格畸变；磁介电效应

仅发表论文

D02-PO01

Bi4LaTi3O15 多铁陶瓷的热压烧结制备及其铁磁性能研究

冯志伟

青岛大学

目的：采用热压方法制备 Bi4LaTi3FeO15 多铁陶瓷，提高 Bi4LaTi3FeO15 陶瓷的致密性，进而增强其铁

磁性能。

方法：用溶胶-凝胶法合成出 Bi4LaTi3FeO15 超细粉体，热压烧结制备出高致密性的 Bi4LaTi3FeO15 多铁

陶瓷。用 X 射线衍射方法确定陶瓷的晶体结构；扫描电镜观察陶瓷的微观结构；铁电测试仪测量其室温铁

电特性；介电频谱仪测量其室温介电特性；交流磁针器测量其室温磁性。

结果：X 射线衍射结果表明，Bi4LaTi3FeO15 陶瓷具有正交对称性的四层钙钛矿结构。扫描电镜观察显

示，陶瓷致密性高。铁电介电测试结果表明，Bi4LaTi3FeO15陶瓷在室温下表现出饱和的铁电回线，剩余极

化 2Pr为 34 mC/cm2，矫顽场为 95 kV/cm。在 100kHz 频率下测得 Bi4LaTi3FeO15 陶瓷的介电常数和耗散系

数分别为 245 和 0.0228。磁性测量结果显示，其室温下剩余磁化 2Mr为 1.242×10-3 emu/g。

结论：采用热压方法制备的 Bi4LaTi3FeO15 多铁陶瓷致密性提高，铁磁性能增强。

关键词：Bi4LaTi3O15 多铁陶瓷；溶胶凝胶；热压；铁磁性

D02-PO02

Bi5FeTi3O15 多铁陶瓷的热压烧结制备及其铁磁性能的研究

闫绳贤

青岛大学

目的：采用热压方法制备 Bi5FeTi3O15 多铁陶瓷，提高 Bi5FeTi3O15 陶瓷的致密性，进而增强其铁磁性

能。

方法：用溶胶-凝胶法合成出 Bi5FeTi3O15 超细粉体，热压烧结制备出高致密性的 Bi5FeTi3O15 多铁陶瓷。

用 X 射线衍射方法确定陶瓷的晶体结构；扫描电镜观察陶瓷的微观结构；铁电测试仪测量其室温铁电特性；

介电频谱仪测量其室温介电特性；交流磁针器测量其室温磁性。

结果：X 射线衍射结果表明，Bi5FeTi3O15 陶瓷具有正交对称性的四层钙钛矿结构。扫描电镜观察显示，

陶瓷致密性高。铁电介电测试结果表明，Bi5FeTi3O15 陶瓷在室温下表现出饱和的铁电回线，剩余极化 2Pr

为 7.05 mC/cm2，矫顽场为 71 kV/cm，介电损耗小。磁性测量结果显示，其室温下剩余磁化 2Mr为 1.70 ×

10-5 emu/g。

结论：采用热压方法制备的 Bi5FeTi3O15 多铁陶瓷致密性提高，铁磁性能增强。

关键词：Bi5FeTi3O15 多铁陶瓷；溶胶-凝胶；热压烧结；铁磁性

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D02-PO03

层状钙钛矿型 1.5LaFeO3-Bi4Ti3O12 薄膜室温多铁性能的研究

冯林燕 1，宿杰 2，卢朝靖 1，张灿 1，王亚荣 2，孙玲君 2

1. 物理科学学院

2. 电子信息学院

目的：研究 1.5LaFeO3-Bi4Ti3O12 薄膜在室温下的多铁性。

方法：采用溶胶-凝胶法在(111)Pt/Ti/SiO2/Si (100) 衬底上制备 1.5LaFeO3-Bi4Ti3O12 薄膜。X 射线衍射

谱和拉曼光谱测定所制备薄膜的物相结构；扫描电子显微镜和原子力显微镜测定薄膜表面起伏度、颗粒致

密性及其厚度；铁电测试系统和交变磁强计测定其铁电性和磁性；精密阻抗分析仪和低温探针台测其介电

性及磁介电耦合效应；X 射线光电子能谱测其 Fe 元素的价态。

结果：用溶胶凝胶法所制备的薄膜为纯相层状钙钛矿结构。该薄膜颗粒致密、粗糙度的均方根值约为

8.702 nm，厚度约为 400 nm。其剩余极化值 2Pr和饱和磁化强度 Ms 分别是 27.20 μC/cm2 和 4.28 emu/cm3。

更为重要的是，薄膜呈现出室温磁电耦合效应。在 0.5 T 弱磁场下，其室温下介电常数的相对改变量高达

1.03%。这可能是由薄膜中的 Fe2+和 Fe3+所形成的局部偶极子在外磁场下的自旋重取向所致。 后，介电

温谱中的损耗峰和 X 射线光电子能谱的结果均进一步证明了薄膜中 Fe2+和 Fe3+离子共存。

结论：用溶胶凝胶法制备的 1.5LaFeO3-Bi4Ti3O12薄膜具有明显的室温多铁性，并且呈现出较强的室温

磁电耦合效应。

关键词：1.5LaFeO3-Bi4Ti3O12 薄膜；溶胶-凝胶；多铁性；磁电耦合

D02-PO04

Gd6(Mn1-xFex)23 化合物的结构和磁性能研究

王岛 1,2，马垒 1，郭永斌 1，赵世谦 1，李林 1,2

1. 桂林电子科技大学 材料科学与工程学院 广西 桂林 541004

2. 桂林电子科技大学 广西信息材料重点实验室 广西 桂林 541004

采用真空氩弧熔炼的方法制备了 Gd6(Mn1-xFex)23 (x=0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)系列样品，在 800℃下进

行热处理 100 h，利用 X 射线衍射仪(XRD)及 Rietveld 结构精修、振动样品磁强计(VSM)等测试方法，系统

研究了不同 Fe 替代量对 Gd6Mn23 化合物的结构、磁性能的影响。研究结果表明，Gd6Mn23 化合物是典型的

Th6Mn23 型面心立方结构，空间群为 Fm-3m(No.225)，随着 Fe 含量 x 的增加，Gd6(Mn1-xFex)23 (x=0.0, 0.1, 0.2,

0.3, 0.4, 0.5)系列化合物始终保持 Th6Mn23 型面心立方结构不变，晶胞体积 V 和晶胞参数 a 逐渐增大。磁场

为 0.3 T 时，Gd6Mn23 化合物的室温磁化曲线接近饱和，其饱和磁化强度 Ms 为 33.76 emu/g；而化合物

Gd6(Mn1-xFex)23 (x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)则远没有达到饱和。随着 Fe 原子含量 x 的增加，化合物

Gd6(Mn1-xFex)23 (x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)在外场下的 大磁矩逐渐降低。化合物 Gd6(Mn1-xFex)23 的室温磁滞

回线表明该系列化合物的矫顽力及剩磁极小，为软磁性材料。

关键词：Gd6(Mn1-xFex)23；结构精修；磁性能

D02-PO05

Mn 掺杂对 Fe17Gd2 化合物的结构与磁性能的影响

郭永斌 1，马垒 1,2，赵世谦 1，王岛 1，周鑫 1

1. 桂林电子科技大学 材料科学与工程学院

2. 桂林电子科技大学 广西信息材料重点实验室

采用真空氩弧熔炼的方法制备了(Fe1-xMnx)17Gd2 (x=0.0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列样品，在 800℃下进行热处

理 100h，利用 X 射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等测试方法，系统研究了不同 Mn 替代量对

Fe17Gd2 化合物的结构演变、磁性能的影响。研究结果表明，Fe17Gd2 化合物是典型的 Th2Znl7 型菱方结构。

37

随着 Mn 替代量 x 的加，(Fe1-xMnx)17Gd2(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列化合物的晶胞体积和晶胞参数 a、b、c 逐

渐增大，但始终保持 Th2Znl7 型菱方晶体结构不变。Fe17Gd2 化合物表现为较强的铁磁性，居里温度 TC约为

472K；随着 Mn 替代量的增加(Fe1-xMnx)17Gd2 系列化合物存在较为明显的铁磁到反铁磁性转变，表明 Mn

的添加改变了该化合物的磁性质，同时降低了该化合物的饱和磁化强度，饱和磁化强度（Ms）可在～0-80

Am2/kg 之间调控。机理探讨表明，反铁磁性的 Mn 元素替代 Fe，通过改变 Fe17Gd2化合物的磁晶各向异性

与磁耦合作用产生了新颖的磁特性。

关键词：磁性能；Fe17Gd2；菱方结构

D02-PO06

Bi1-xLaxFeO3 薄膜的光学性质和铁电性能研究

蔡苇 1,2，刘凯华 1，高荣礼 1,2，邓小玲 1,2，陈刚 1,2，符春林 1,2

1. 重庆科技学院

2. 纳微复合材料与器件重庆市重点实验室

铁酸铋由于具有较窄的带隙、优异的铁电性和较高的铁电居里温度和尼尔温度而受到广泛关注，掺杂

是进一步提高其性能的常用方法。采用溶胶-凝胶法制备 Bi1-xLaxFeO3 薄膜，研究了 La 掺杂对其光学性质、

铁电性和漏电流特性的影响。结果表明：Bi1-xLaxFeO3 薄膜为三方结构，其晶格常数随 La3+量增加而减小；

掺 La3+后，薄膜的平均晶粒尺寸明显减小，晶粒逐渐变得均匀，同时薄膜的粗糙度也随 La 量增加逐渐减

小，表明 La3+对晶粒生长有明显的抑制作用；掺 La 后会使铁酸铋薄膜的光学带隙有一定程度的降低，但

光学带隙与 La 量的关系并非是单调减小的关系，这是掺杂作用和晶粒尺寸效应共同作用的结果；当 La3+

量较低时对铁酸铋漏电流改善作用不明显，但当 La3+量达一定程度（x>0.1）后可使其漏电流有明显降低；

Bi1-xLaxFeO3薄膜的剩余极化强度和矫顽场强均随 La3+量增加逐渐增大。

关键词：铁酸铋；镧；光学性质；铁电性