H.铁电及氧化物电子星系材料

分会主席：王金斌、吴迪、李润伟

H-01

溶胶凝胶法制备 Sm 掺杂 BiFeO3硅基薄膜的相变与压电性

李敬锋, 孙伟

新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，清华大学材料学院

铁酸铋（BiFeO3）体系由于其优异的铁电性、多铁性和光催化等性质，在近十年获得了广泛关注，但

是对于其压电性能的研究目前相对较少。本工作使用溶胶凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Sm掺杂BiFeO3

薄膜，利用 X 射线和拉曼光谱以及压电力显微镜（PFM）研究了 Sm 掺杂量和薄膜厚度对相结构及其压电

特性的影响。研究发现，Sm 掺杂引起 BiFeO3 从菱方相到正交相转变，但是相界还会受到薄膜厚度的影响。

利用 PFM 进行的压电性能表征也进一步验证了两相共存处压电响应显著增强，表现出类似准同型相界

（MPB）效应。基于结构和压电性能的分析，我们给出了 Sm 掺杂 BiFeO3 体系的厚度-成分相图：对于较

薄的样品，MPB 位于 9%-11% Sm 掺杂的位置，随着厚度的增加，MPB 偏移到 10%-12%的位置。当 Sm 的

含量继续增加到 15%，Sm 掺杂 BiFeO3 体系变为顺电相，不再表现出压电响应。此外，我们还研究了不同

相结构的 Sm 掺杂 BiFeO3 薄膜的介电、铁电性能和畴结构，讨论了高压电性的来源，提出了随厚度增加热

应力释放模型来解释厚度对于相界偏移的影响等。

H-02

金属氧化物阻变材料与器件设计与应用

康晋锋, 高滨, 陈喆, 赵钰迪, 柳晨, 刘力锋, 刘晓彦

北京大学

氧化物阻变器件（RRAM）是利用阻变电介质中的点缺陷产生、恢复和迁移实现数据存储的一类新型

器件，兼具高读写速度和非易失能力，以及备操作电压低、集成密度高等特点，成为是新一代存储器件技

术主要候选者，有望在未来超越 DRAM 和 FLASH，成为新一代主流存储器技术。同时， 基于 RRAM 器

件功能实现神经网络中的突触功能，进而实现类似生物大脑的神经网络计算系统，进行神经形态计算的研

究也越来越普遍地开展起来。

当前的 RRAM 还面临着很多科学和技术的挑战。首先，由于缺乏直接的实验观察验证，关于 RRAM

的工作机理还存在一些需要澄清的地方；其次，RRAM 性能还不能完全满足技术应用的需求，需要在材料、

器件结构和集成技术等优化。此外，基于已演示实现的 RRAM 性能，设计和优化阵列系统性能，以满足

RRAM 在存储技术领域与新型神经形态计算领域的应用的研究，也有待进一步深入开展。基于这些问题的

研究需求，我们提出了关于氧化物阻变器件单双极阻变特性的统一物理模型，很好解释和描述了氧化物阻

变器件的各种性能和特征。以此为基础，开展了关于 RRAM 器件材料、结构、性能、和工艺技术优化等

方面的研究，提出了一系列的解决方案。同时，我们研究探讨了 RRAM 在高密度数据存储、神经网络计

算系统的应用前景。本文将对我们提出的氧化物阻变器件统一物理机理、RRAM 器件材料结构优化设计方

法学、三维垂直 RRAM 阵列结构、基于 RRAM 的神经形态计算系统的实现与设计技术等进行综述介绍。

H-03

在 DyScO3衬底上生长的 LaSrMnO3薄膜的反常裂纹

雎长城，黄凤珍，吕笑梅，朱劲松,

南京大学固体微结构实验室，物理学院，南京

用脉冲激光沉积法（PLD）在正交的(110) DyScO3 单晶衬底上生长了(La,Sr)MnO3薄膜。发现当薄膜厚

度超过一定临界值时，在[1-10]方向上将出现一各向异性的裂纹列阵。AFM 表面貌相及截面透射电镜用来

研究这些裂纹的形成机理。 发现裂纹是通过薄膜传播并进入衬底，这主要的原因是由于衬底与薄膜之间

的大的各向异性应变和 DSO 衬底的很低的刚度而引起。此外，发现裂纹区的电导率高于非裂纹区域的电

导率好几个量，表明裂纹是在薄膜沉积过程而不是冷却过程中形成的。最后，通过一个简单的模型去估计

衬底的 fracture toughness，并计算了上面薄膜的 fracture toughness.

H-04

铁电材料的自发极化对其光催化性能的影响

杨耀东, 苏然

西安交通大学前沿科学技术研究院

铁电材料（如 BaTiO3）由于具有自发极化，除在电容器、存储和微驱动器等方面被广泛应用外，而

最近发现其在光催化领域也能施展拳脚。理论上铁电材料内部的自发极化可拉开光生电子-空穴对，从而减

少其复合几率，进而提高光催化效率。为了更清晰的认识铁电材料自发极化对光催化过程效率的影响。我

们合成了不同尺寸的，高质量单分散的 BaTiO3纳米颗粒，并以平均粒径为 7.5nm 的 BaTiO3颗粒为模型，

来研究其铁电性对光催化效率的影响。研究证明 7.5nm BaTiO3 纳米颗粒依然有铁电性，但其铁电性又有

别于块体 BaTiO3：随着温度的升高，BaTiO3 纳米颗粒的自发强度逐渐降低，到了 80oC 极化强度几乎为

零。把 7.5nm BaTiO3 的纳米颗粒在紫外灯照射下置于含有罗丹明 B 的环境下进行变温催化测试，发现在

30oC 条件下罗丹明 B 的降解效率要比 80oC 时高 11.9%，充分说明了铁电材料的自发极化对光催化能力的

显著影响。为了进一步提高 BaTiO3 光催化效率，我们把 Ag 纳米颗粒复合沉积到纳米铁电材料上，实验结

果显示光催化效率得到了进一步提高。通过把宽禁带半导体铁电材料 BaTiO3 和光敏感材料在纳米尺度复

合起来，得到了新的高性能的光催化材料。

H-05

电卡效应的相变调控规律

白洋

北京科技大学

近几年，基于电卡效应的铁电制冷，由于具有易小型化、效率高、成本低等优点引起了人们的广泛关

注。电卡效应是铁电材料的基本特性，决定于外场作用下铁电材料内极化状态的改变，与铁电相变密切相

关。本文系统研究了铁电相变对电卡效应的决定作用和影响规律。电卡效应由铁电相变的相变熵所决定，

相变熵可以高出偶极排布的有序熵 2 个数量级。电卡效应在铁电相变附近出现峰值，其峰值温度略高于零

场铁电相变温度，且随着外电场增强而逐渐向高温方向移动。钛酸钡等具有典型一级相变的铁电材料具有

非常高的电卡效应峰值，但其峰宽很窄；若铁电相变逐渐弥散，电卡效应峰展宽，但峰值明显降低；对于

弛豫铁电体，位于准同型相界及多相临界点的材料具有更优异的电卡性能；对于某些反铁电材料或极化铁

电单晶，场致相变顺序可能与热致相变不同，导致电卡效应符号反转，发生反常电卡效应。由此可见，铁

电相变决定了电卡效应，相变特征不但影响电卡效应数值也会影响其符号。

H-06

锰氧化物和镍氧化物薄膜电磁性能的原位调控

郑仁奎 1, 郑明 1

, 杨明敏 1, 王雨 2

, 李效民 1, 罗豪甦 1

, 李晓光 3

1. 中国科学院上海硅酸盐研究所，高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室

2. 香港理工大学应用物理学系

3. 中国科学技术大学，合肥微尺度物质科学国家实验室和物理系

(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT) 单晶因具有超高的压电系数(d33>2000 pC/N)，大的机电耦合

系数(k33~0.9)以及优异的铁电和热释电性能而被广泛研究。最近几年，人们将 PMN-PT 单晶进行定向、切

割和抛光后做成具有铁电和压电活性的功能衬底生长各种磁性薄膜，构建“铁磁薄膜/PMN-PT 单晶”多铁异

质结。迄今，已有多种氧化物（如 La1-xAxMnO3 (A=Ca, Sr, Ba), VO2, AFe2O4 (A=Ni, Zn, Fe), La1-xSrxCoO3,

SrRuO3, YBa2Cu3O7 等）薄膜被外延生长在 PMN-PT 单晶衬底上。已有的研究工作表明对 PMN-PT 单晶施

加沿厚度方向电场诱导的晶格应变会显著地改变薄膜的磁化强度、磁各向异性、矫顽场、居里温度、电子

相分离、磁电阻等物理性能。在本报告中，我们以电荷、自旋、晶格和轨道自由度强关联的钙钛矿锰氧化

物(La1-xPrx)0.67Ca0.33MnO3、La0.5Ca0.5MnO3 和镍氧化物 NdNiO3为例子，介绍 PMN-PT 单晶衬底初次极化、

极化方向 180o 和非 180

o 翻转、逆压电效应、铁弹效应、电场诱导的结构相变对薄膜电磁性能的影响，发

现电场在 PMN-PT 衬底中诱导的晶格应变能有效地传递到薄膜，显著地改变薄膜的电阻率、磁电阻、和磁

化强度。然而，PMN-PT 衬底初次极化和极化方向 180o 翻转诱导的极化电荷对薄膜电磁性能的影响则非常

微弱，可以忽略，这可能是由于这些薄膜具有大的载流子浓度(1021

-1022

/cm3)造成。

H-07

层状类钙钛矿氧化物的微观生长机制及其优异的可调介电性能

聂越峰

南京大学

氧化物界面二维电子气（2DEG）表现出许多丰富而新颖的物理现象，具有重要的应用前景，然而其

形成的机理仍有待进一步深入的研究。对 2DEG 的研究目前主要局限于钙钛矿结构（ABO3）的材料体系

中，而层状类钙钛矿（An+1BnO3n+1）结构与钙钛矿结构具有很多的相似性和差异性，研究基于层状类钙钛

矿结构的氧化物界面将为深入理解 2DEG 的机理及发现新颖界面量子现象带来新的机遇。通过实验和理论

计算，我们首次发现和解释了层状类钙钛矿氧化物 Srn+1TinO3n+1 中层状结构的复杂生长机制，并利用

Oxide-MBE 逐层生长方法合成了基于层状类钙钛矿结构的明锐异质界面，还发现 Srn+1TinO3n+1在二维应力

下的铁电相，且其室温下表现出非常优异的可调介电性能。

H-08

铅基厚膜材料制备及其储能行为的研究

郝喜红

内蒙古科技大学

受微电子电力器件小型化、轻量化与集成化的推动，高储能密度介电材料的研究成为目前材料界研究

的一个热点，受到了国内外学者的广泛关注。本文采用有机物 PVP 该性的溶胶-凝胶工艺成功制备了 1-10

微米铅基反铁电厚膜及弛豫性铁电厚膜，主要研究了热处理工艺及 PVP 含量对该体系厚膜材料相组成、微

观形貌、介电性能及储能行为的影响规律。结果表明：（1）在优化的工艺条件下，可以制备得到单层厚

度大于 300 纳米的均匀致密的单相铅基厚膜材料；（2）随着厚度的增加，厚膜的介电常数、饱和极化强

度与漏电流逐渐增大；（3）由于厚膜材料具有较高的耐压强度（>2000kV/cm），从而使其具有极高的有

效能量充储密度（>50J/cm3）；（4）在室温-120℃工作范围内，厚膜具有稳定的能量充储行为及较高的效

率。以上结果表明，铅基反铁电及弛豫性铁电厚膜具有优异的能量充储与释放行为，有望在高储能密度大

容量电容器中的得到应用。

关键词：储能；厚膜；反铁电；弛豫性铁电体

H-09

Photoluminescence and temperature dependent electrical properties of Er-doped 0.94Bi0.5Na0.5TiO3

-0.06BaTiO3 ceramics

Bin Hu 1, Zhao Pan

2, Ming Dai

1, Fei-Fei Guo

3, Huanpo Ning

4,*, Zheng-Bin Gu

1, Jun Chen

2, Ming-Hui Lu

1,

Shan-Tao Zhang 1,*

, Bin Yang 3, Wenwu Cao

3,5

1 Department of Materials Science and Engineering & National Laboratory of Solid State Microstructures,

Nanjing University, Nanjing 210093, China

2 Department of Physical Chemistry, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

3 Condensed Matter Science and Technology Institute, Department of Physics, Harbin Institute of Technology,

Harbin 150001, China

4 School of Engineering and Materials Science, Queen Mary University of London, Mile Road, London, E1 4NS,

United Kingdom

5 Department of Mathematics and Materials Research Institute, The Pennsylvania State University, University

Park, PA 16802, USA

Er-doped 0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3 (BNT-6BT:xEr, x is the molar ratio of Er3+ doping) lead-free

piezoceramics with x = 0~0.02 were prepared and their multifunctional properties have been comprehensively

investigated. Our results show that Er-doping has significant effects on morphology of grain, photoluminescence,

dielectric, and ferroelectric properties of the ceramics. At room temperature, the green (550 nm) and red (670 nm)

emissions are enhanced by Er-doping, reaching the strongest emission intensity when x = 0.0075. The complex

and composition-dependent effects of electric poling on photoluminescence also have been measured. As for

electrical properties, on the one hand, Er-doping tends to flatten the dielectric constant-temperature (er-T) curves,

leading to temperature-insensitive dielectric constant in a wide temperature range (50-300°C). On the other hand,

Er-doping significantly decreases the ferroelectric-relaxor transition temperature (TF-R) and depolarization

temperature (Td), with the TF-R decreasing from 76°C to 42°C for x = 0 to x = 0.02. As a result, significant

composition-dependent electrical features were found in ferroelectric and piezoelectric properties at room

temperature. In general, piezoelectric and ferroelectric properties tend to become weaker, as confirmed by the

composition-dependent piezoelectric coefficient (d33), planar coupling factor (kp), and the shape of

polarization-electric field (P-E), current-electric field (J-E), bipolar/unipolar strain-electric field (S-E) curves.

Furthermore, to understand the relationship between the TF-R/Td and the electrical properties, the composition of

x = 0.0075 has been intensively studied. Our results indicate that the BNT-6BT:xEr with appropriate Er-doping

may be a promising multifunctional material with integrated photoluminescence and electrical properties for

practical applications.

H-10

ZnO 单晶中的皮肤层效应

汪春昌, 刘丽娜

安徽大学

因为在光电、铁/压电、介电、甚至在磁学方面都具有优良的性能，ZnO 成为最为广泛研究的简单氧化

物之一。ZnO 的多种性能源于其是一种宽带隙半导体，掺杂或本征点缺陷如氧空位、Zn 空位等容易在带

隙造成丰富的缺陷能级，从而能够方便地调制其性能。因此，深入理解这些点缺陷的信息，是理解 ZnO 各

种性能的基础。籍助于电学模量和阻抗分析，我们对 ZnO 单晶的低温（173-333 K）介电性能进行了系统

的研究。结果发现，除了传统的激活能为 0.35eV 的介电弛豫以外，还在室温附近发现了另外一个介电弛

豫。该弛豫为 maxwell-Wagner 类型的弛豫，更有意义的是，与通常的热激活行为相反，该弛豫在特定的温

度区间随测量温度的增加向低频方向移动。这一反常的弛豫行为被认为是与电阻的正温度系数（positive

temperature coefficient of resistance，PTCR）相联系的[1]。而 PTCR 是由晶界产生的，由于在 ZnO 单晶中

不存在晶界这种天然的界面，这促使我们把研究的重点放在电极/样品接触界面。研究发现，在 ZnO 单晶

的外表层形成了一层由填隙 Zn 离子组成的皮肤层，在特定温度下，皮肤层发生金属-绝缘体转变导致了

PTCR 效应，从而引起了反常的弛豫行为。

H-11

钙钛矿稀土氧化物 RFeO3 单晶制备和奇异磁电、光磁特性

曹世勋

上海大学

由于在正交钙钛矿结构稀土正铁氧体 RFeO3（R 为稀土元素）体系中激光诱导的超快自旋重取向，太

赫兹波诱导的自旋进动相干控制，多铁性及低温强磁电耦合效应的发现，使得稀土正铁氧体成为凝聚态和

材料物理领域最新研究热点之一。作为一类重要的磁电、光磁功能材料，由于 Dzyaloshinskii-Moriya (DM)

相互作用，RFeO3 具有非共线的倾角反铁磁结构，室温呈现弱铁磁性，具有在常规磁性材料中很少出现的

丰富而独特的自旋重取向、磁电和光磁特性。特别是，利用超短激光脉冲或 THz 波诱导的自旋进动激发和

相干控制、超快自旋重取向相变等均在皮秒时间尺度内完成，从而在快速光磁开关和新型自旋电子学器件

开发上显示出巨大的应用潜力。我们采用光学浮区法成功制备出 RFeO3 体系多个组分和掺杂材料的高质量

单晶样品，对其复杂磁相变和超快光磁特性进行了系统的研究。

本文主要报告以下几个体系单晶的研究进展：1）SmFeO3 单晶中温度诱导的自旋开关效应；2）A 位

半掺杂 Dy0.5Pr0.5FeO3 单晶中的双重自旋重取向和场诱导的不完全磁相变； 3）A 位掺杂 Dy1-xSmxFeO3 体

系单晶生长实现自旋重取向相变的调控； 4）采用极化太赫兹波对 NdFeO3 单晶中自旋重取向过程的动力

学观察；5）采用线偏振的太赫兹时域光谱方法对(110)定向 PrFeO3 单晶中自旋共振的选择激发和太赫兹磁

耦极子辐射的偏振轨迹的观察。

H-13

多物理场对锰氧化物自旋轨道序及相关物性的调控研究

王保敏, 杨华礼, 李润伟

中国科学院宁波材料技术与工程研究所

钙钛矿型锰氧化物由于其丰富的物理特性（例如金属-绝缘体相变，庞磁电阻效应，自旋轨道有序等）

和复杂的相竞争行为，成为大家研究的热门材料之一。研究发现，锰氧化物的物理性质在多种外场（比如：

应力、磁场、电场等）作用下可以发生巨大的变化，显示其广阔的应用前景。探索多物理场对锰氧化物电

荷、自旋、轨道和晶格的调控规律，也成为理解锰氧化物奇特物性的重要手段。

在本报告中，将介绍我们最近利用多物理调控锰氧化物的自旋轨道序及相关物性方面的工作。在

La0.7Sr0.3MnO3 外延薄膜中，研究发现通过衬底施加不同的应力，可以有效地改变薄膜的自旋和轨道结构。

此外，在大的拉应力下，薄膜的面内电导也表现出异常的各向异性。借助同步辐射 X-射线吸收谱的研究结

果，我们发现各向异性的电输运与体系中 Mn-O 轨道杂化的各向异性有着直接的关联。在 Pr0.6Ca0.4MnO3

单晶样品中，研究发现磁场诱导电荷轨道有序态的融化具有各向异性。当磁场沿着 c 轴方向施加时，电荷

轨道有序态较难融化；磁场沿着 ab 面施加时，电荷轨道有序态较易融化。考虑锰氧化物中强自旋-轨道耦

合效应，我们认为轨道有序的排列通过自旋-轨道耦合效应传递给自旋，使得自旋对外磁场的响应具有各向

异性，从而诱导出电荷轨道有序态的各向异性融化。在 Bi0.5Ca0.2Sr0.3MnO3薄膜中，研究发现电场也可以诱

导薄膜在室温下电荷轨道有序态的融化，并且在该过程还伴随薄膜电阻率的巨大变化和阻变效应的产生。

H-14

基于纳米 ZnO 的紫外光发射器件及阻变存储/忆阻器件

徐海阳, 刘为振, 王中强, 刘益春

东北师范大学 130024

宽禁带（3.37 eV）半导体 ZnO 具有高达 60 meV 的激子束缚能，是发展短波长、低阈值 LEDs/LDs 的

理想材料之一。同时，对 ZnO 材料进行掺杂改性，可实现对其能带结构、光电特性的有效调控，拓宽 ZnO

基材料在许多新型光子、电子器件中的应用。本文将介绍研究组近年来在 ZnO 基 LEDs/LDs 和阻变存储/

忆阻器方面的主要工作。采用水热合成和 PLD 技术，制备了 ZnO/MgO, ZnO/MgZnO 核壳纳米线以及

MgZnO/MgO 应变多量子阱。基于此，构建 PN 型和 MIS 型发光器件。PN 型 LED 利用 MgZnO 壳层包覆

有效削弱了表面吸附对器件性能的负面影响，增强了 LED 的发光效率和稳定性。MIS 型 LDs 以 ZnO/MgO

核壳纳米线为有源层，在较低的阈值下获得了高效电泵激射。引入 LSP，利用 LSP 与激子/光子之间的共

振耦合，提高了有源层的内量子/光萃取效率，增强了 ZnO LED 的紫外发光。对阻变存储器阻值波动大这

一问题，利用金属颗粒包覆、曲面电极、双层结构等方法增强局域电场，简化了导电通道结构并局域了阻

态转变位置，提升了器件运行速度、参数一致性、稳定性及耐受性。将 In、Ga 元素引入到 ZnO 中形成 IGZO

非晶材料，发明了高性能 IGZO 柔性存储器及忆阻器。在此基础上，设计并制备了由两层不同含氧量的

IGZO 薄层构成的忆阻器件；实现了对人脑神经突触多种基本功能的仿生模拟。

H-15

利用阳离子浓度调控 SrTiO3 薄膜的介电和铁电特性

杨芳, 张庆华, 谷林, 杨振中, 顾俊星, 金奎娟, 郭建东

中国科学院物理研究所，北京凝聚态物理国家实验室 100190

SrTiO3 具有优良的介电特性，并且在一定的外作用下（如掺杂、应力等）呈现出铁电性。对其介电和

铁电特性的调控将会在下一代氧化物电子学器件中具有广阔的应用前景。我们利用氧化物分子束外延在 Si

上外延了具有不同氧含量和阳离子配比的一系列 SrTiO3 薄膜。对 SrTiO3/Si 的介电特性研究表明，虽然降

低 SrTiO3薄膜中的氧空位浓度可以提高异质结构的绝缘性能，但其介电性能却由于界面非晶层的增厚而被

破坏。而具有相同界面非晶层厚度样品的电容还与其阳离子浓度比有关。我们调节该浓度比在 1±0.3 范围

内变化而不影响薄膜的结晶质量，相应地，异质结构的电阻率可以变化 2 个量级，而低频电容变化 50%。

即，调节薄膜中的阳离子浓度比能有效控制异质结构的绝缘和介电性能同时变化。利用压电力显微镜对样

品进行的铁电研究发现，缺 Sr 的 SrTiO3 薄膜呈现出良好的铁电性。扫描透射电子显微镜的结果表明，缺

Sr 薄膜中富余的 Ti 在元胞中填隙，与 Sr 空位一起形成了偏离元胞中心的反位缺陷。Sr 空位和填隙 Ti 形成

了电偶极矩，电偶极矩的大量有序排列使 SrTiO3薄膜呈现出铁电性。进一步的研究表明，随着阳离子化学

配比的变化（Ti 浓度的上升），薄膜中的反位缺陷浓度上升。因此我们通过调节阳离子浓度控制反位缺陷

的浓度，从而实现了对 SrTiO3铁电矫顽场的有效调控。

H-16

铁电准同型相界的垂直度与其压电性能的关系

柯小琴, 周超, 杨涛

西安交通大学前沿科学院微观科学中心 710054

铁电准同型相界因其超高压电性能而受到广泛的关注。大量的研究者从各种角度（实验，理论，模拟）

对准同型相界处超高压电性能的机理以及如何寻找一个高压电性能的无铅体系进行了广泛的研究。尽管如

此，对于压电性能的大小与准同型相界的垂直度有着怎样的关系以及如何寻找一个具有高度垂直的准同型

相界体系这些问题，目前还不清楚。本工作旨在基于朗道理论对这一问题进行探索。我们创建了合适的朗

道理论模型，通过改变朗道系数得到不同相界垂直度的准同型相界，然后对其压电性能进行计算以及高压

电性能的机理进行解释。与此同时，我们还通过朗道系数的改变研究在实验设计准同型相界体系时如何选

择体系。通过这一工作，我们发现准同型相界的垂直度越高，压电性能就越高，出现这一现象的原因在于

准同型相界处畴翻转所需能垒随着相界的垂直度越高而越小。同时我们发现在设计准同型相界体系时，末

端成分不同铁电相之间的各向异性越大，所得到的准同型相界体系就会具有越高的相界垂直度，因而性能

就会越高。我们的工作通过朗道理论模型，研究了压电性能与铁电准同型相界的垂直度的关系并对这一关

系的机理进行了阐释，同时我们对实验过程中如何设计具有高垂直度和高压电性能的准同型相界进行了指

导。

H-17

有机-无机钙钛矿电子材料的反常力学性能

黄传威 1,2, 陈朗 1

1. 南方科技大学物理系，深圳市，518055；

2. 深圳大学材料学院，深圳市，518060；

有机-无机钙钛矿电子材料具有优越的光伏和铁电等特性，是当前的研究热点之一。尽管力学相关特性

在光伏和铁电效应等的实际应用中起着重要作用，但到目前在有机-无机钙钛矿材料中还鲜有相关文献报

道。我们的研究结果表明：此类有机-无机钙钛矿材料具有反常的力学特性，泊松比具有可变性，其值可为

负值，零或者正值；结果同时表明：该材料的泊松比具有显著的各向异性。材料各向异性越大，泊松比越

容易出现负值。我们的结果将为此类电子材料的力学稳定性和实际的集成应用提供重要的指导依据。

H-18

低维铁电材料电热性能调控研究

李波, 王金斌

湘潭大学材料科学与工程学院 411105

基于电热效应的铁电固体制冷器具有高效、环保、应用范围广等优点被认为是最具潜力的固体制冷器

之一。本论文针对目前铁电材料只有在居里温度附近的较小温度范围内才具有巨电热效应的问题，结合电

畴结构模拟的相场方法和电热性能研究的热力学理论，建立了多畴低维铁电材料电热性能计算的理论模

型，研究了多畴低维铁电材料的电热性能，获得了电热性能与畴变的关联机理和电热的调控机理。

建立了 PbZr0.4Ti0.6O3/PbTiO3铁电超晶格电热性能计算的热力学理论模型。研究结果表明铁电超晶格的

层间失配应变使 PbZr0.4Ti0.6O3 层从铁电相转变为顺电相，进而引起铁电超晶格的绝热温度变化出现峰值；

铁电超晶格中上下电极功函数不同形成的电极功函数差会使超晶格的绝热温度变化减小。

结合铁电材料薄膜电畴结构模拟的相场方法和电热性能分析的热力学理论，建立了多畴结构铁电材料

电热计算的理论模型。研究了 90o、180

o 畴结构与电热性能的关联性，及其电畴密度、外电场等对电热性

能的调控机理。研究该结果表明，90o 畴壁对电热性能的贡献导致钛酸钡绝热温度变化大于室温下单畴钛

酸钡铁电薄膜的绝热温度变化；在 180o畴壁附近中发现正/负电热效应共存的现象。

建立了涡旋畴结构铁电材料电热计算的理论模型。计算结果表明，外加环形电场作用下，钛酸铋涡旋

矩变化会产生巨电热效应。在涡旋畴结构中，钛酸铋纳米片的绝热温度变化随退极化场屏蔽因子增大略有

小幅增大。钛酸铅铁电纳米片的电热性能随表面张力增大而减小。钛酸铅纳米片的绝热温度变化随其尺寸

的变化而改变。

H-19

Ultra-Low Temperature Epitaxial Growth of Lithium Ferrite Thin Films by High-Pressure Sputtering

Hong Wang

Xi'an Jiaotong University

LiFe5O8 epitaxial thin films with high crystalline quality have been successfully synthesized on (001) MgAl2O4

substrates even at an ultra-low working temperature of 200℃ by using a high-pressure radio-frequency sputtering

system. Better crystalline qualities of the epitaxial LiFe5O8 films can be obtained with the increasing of deposition

temperature in the range from 200℃ to 800 ℃. Moreover, the growth temperature can significantly affect its

magnetic properties of the LiFe5O8 thin films. The strain states, crystalline quality and defect density should be the

main causes for the tunable magnetic properties. Overall, the wide-temperature-range processing window,

especially the low deposition temperature of 200℃, of the LiFe5O8 films by this method will offer flexibilities for

direct integration with semiconductor, organic electronic, flexible electronic materials and other related elements

which are sensitive to the processing temperature.

H-20

Fine Structured Piezoceramic/Polymer Composites for Smart Applications

Dou Zhang, Chao Chen, Xi Yuan, Kechao Zhou

State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China

Fine structured piezoceramic/polymer composites, which compromise micro-sized ceramic elements arrays

embedded in polymer matrix, have shown superior properties over their bulk counterparts owning to improved

strength, excellent flexibility and optimized sensing and/or actuating capability. Till now, dice-and-fill remains the

most frequently used technique for fabricating fine scaled piezoceramic/polymer composites; however, it suffers

the limitation of saw-blade thickness of around 20 μm and generally high cost.

Recently, we have made much progress on developing micro-scaled structures for the fabrication of

piezocomposites, involving tape casting, gelcasting, and viscous plastic processing (VPP). High quality PZT (lead

zirconate titanate) arrays with fine scaled elements (10-20 μm) and capability of complex designs were

successfully obtained. Fine structured 2-2 and 1-3 PZT/polymer composites were evaluated for high frequency

ultrasonic transducer applications. Alongside, piezoelectric fiber composites (PFCs) with interdigitated electrodes

(IDEs) were fabricated and characterized for actuating applications. This talk will present the structural

optimizations, key processing issues and characterizations of these fine structured piezocomposites for smart

applications.

H-21

氧化钨薄膜中导电通道的形成与演变过程

尚大山 1, 李培宁 2

, 王涛 2, E. Carria

2, 孙继荣 1

, 沈保根 1, T.Taubner

2, I. Valov

3, R. Waser

3, M. Wuttig

2

1. 中国科学院物理研究所

2. Institute of Physics (IA), RWTH Aachen University

3. Institute of Materials for Electrical Engineering, RWTH Aachen University

电致阻变物理机制研究的难点之一在于阻变往往是在材料局部发生，即在材料内部形成导电通道。阻

变过程伴随着导电通道的连通与断开。因此，导电通道的形成位置、形状、成份、结构以及在电场作用下

的演变过程等信息对理解阻变机制以及对电阻转变性能参数的预测是至关重要的。由于导电通道产生的尺

寸小，位置和形态不可控性等因素，给原位实时观测带来一定的困难。我们采用平面三明治结构，利用电

致变色氧化钨材料的光学性质变化与电阻率变化的相关性，采用光学直接观察的方法研究了阻变过程中导

电区域形成与演变的动态过程，发现了两种不同几何形态的导电区域的存在（抛物线形和细条形），以及

两种导电区域在阻变过程中的非直接性联通与破坏的细节过程。根据离子迁移所带来的载流子浓度的变

化、表面形貌变化以及电、热场分布的计算机模拟分析，我们建立了导电区域演变过程的物理模型，解释

了导电区域形成、联通与分离等一系列过程中几何形态变化的细节过程。此项研究结果展现了在交变电场

作用下，离子在具有低离子迁移率的固态电解质材料中的可逆迁移过程，为理解阻变器件中导电区域的形

成规律以及提高离子迁移过程的可控性提供了参考。

H-22

导电细丝型阻变存储器中热过程的尺度依赖行为

夏奕东

南京大学 材料科学与工程系 210093

本文研究了器件尺寸对 TiO2 阻变存储单元中热过程的影响。通过计算不同线宽和厚度的 TiO2 阻变单

元中的温度分布，我们发现，器件中的峰值温度由热功率和等效热阻的乘积决定，这两个因素都是与尺寸

相关的。峰值温度对于这两个尺寸参数表现出相反的依赖关系。线宽越小，峰值温度越高，而厚度越小，

峰值温度越低。这种反差是由于这两个参数对热过程作用方式的不同引起的。我们的计算还表明，当阻变

单元的线宽降低至与导电细丝尺寸可比拟时，器件可以有更低的 RESET 电压和热功率。根据导电细丝的

热化学分解模型，峰值温度随器件线宽减小而升高，意味着更小尺寸的器件可以在更低的驱动电场下发生

RESET。同时，这种增强的加热效应，使得将小尺寸器件加热至峰值温度以达到阈值温度所需要的热功率

更低，这对于降低器件的 RESET 功率是有利的。

H-23

紫外光增强 Ga2O3阻变行为的研究

安跃华 1,2, 唐为华 1,2

, 吴真平 1,2, 李培刚 1,2

1. 光电材料与器件实验室，理学院，北京邮电大学，北京，100876

2. 信息光子学与光通信国家重点实验室，北京邮电大学，北京，100876

导电细丝可以解释主要的阻变行为。导电细丝被形成和断裂的过程被定义为低阻态和高阻态。在很多

氧化物体系中，氧空位在阻变行为中形成导电细丝起着至关重要的作用。Ga2O3 作为直接带隙超宽禁带的

半导体，在高阻态情况下有非常高的阻值。然而，在低阻态情况下也有着相对高的阻值。本文在 Si 衬底上

制备了 Ga2O3薄膜，通过 XRD 表征显示生长的薄膜为 β-Ga2O3，并对制备的一个简单的三明治结构的忆阻

器阻变随机存储器的光电学性能进行研究，以及分析其电子的运输机制。结果显示该光电探测器的高低阻

态比率高达 5 个数量级。经分析与在紫外光照射下形成的导电细丝有关。

H-24

宽禁带 Ga2O3薄膜与器件研究进展

唐为华, 郭道友, 吴真平, 李培刚

北京邮电大学 100876

Ga2O3 是一种新型的宽禁带半导体材料，拥有超大的带隙（~ 4.9 eV）、较大的击穿电场强（~8 MV/cm）

及较高的巴利加优值，在日盲光电探测、场效应晶体管、电子自旋存储、LED、紫外光透明导电电极、气

敏、阻变等领域具有巨大的应用前景。我们利用激光分子束外延(LMBE)技术在蓝宝石衬底上生长高质量

β-Ga2O3外延薄膜，同时开展了其在以下几个方面的应用研究：1)、日盲光电探测器。通过 O2气氛原位退

火有效地减少了 Ga2O3薄膜内的氧空位，使其与 Au/Ti 电极形成肖特基接触，制备了具有更快响应速度、

更高光暗比的 Ga2O3 基日盲光电探测器； 2)、磁半导体。高温下交替沉积 Ga2O3 及过渡金属(Mn 或 Cr)薄

层，分别获得了均匀高掺杂的 β 相 Ga2O3:Mn 外延薄膜及具有磁各向异性的 Ga2O3:Cr 纳米蠕虫薄膜结构，

并对其磁性起源做了讨论；3)、阻变存储器。报道了非化学计量比氧化镓薄膜的单极型阻变行为，并对其

物理机制做了详细讨论。

H-25

ZnO 基半导体薄膜及其在透明电子器件中的应用

吕建国, 冯丽莎, 江庆军, 于根源

浙江大学 310027

氧化锌（ZnO）是一种 II-VI 族化合物半导体，禁带宽度 3.37 eV，在可见光区域是透明的，因而 ZnO

基薄膜可应用于透明电子器件。本文中，我们主要探讨 ZnO:Al（AZO）和 ZnAlSnO 两种无 In 的半导体薄

膜。AZO 是一种典型的透明导电氧化物（TCO），可取代目前商业使用的 ITO 和 FTO，获得实际应用。Al

含量为 4 at.%时 AZO 薄膜性能最优。高质量 AZO 薄膜可实现室温沉积，电阻率~10–4

Ωcm，可见光透过率

~90 %，适用于透明柔性电子器件。我们将 AZO 薄膜应用于 LED、太阳电池、显示器件、触摸屏、Low-E

玻璃以及隐身领域，均取得很好效果。在显示器件中，ZnO 基薄膜可作为薄膜晶体管（TFT）沟道层，目

前研究最为广泛的是非晶 InGaZnO。进一步，我们开发了无 In 的 ZnMSnO（M=Al、Si、Ti、Nb）新型非

晶氧化物半导体（AOS）体系，典型的 TFT 性能为：开/关电流比>107，场效应迁移率 2~15 cm

2/Vs，阈值

电压<3.5 V，亚阈值摆幅<0.7 V/decade，其中 ZnAlSnO TFT 器件性能和稳定性最好。以 a-ZnAlSnO 为沟道

层，AZO 为电极，我们还研制出透明 ZnAlSnO TFT，器件性能良好，可应用于新型平板显示和全透明显

示等领域。无 In 氧化物半导体的研究必将显著促进透明电子学的发展。

H-26

应变和氧空位导致铁电材料磁性的第一性原理计算

王杰

浙江大学 310027

铁电材料在制备加工过程中，不可避免地会产生各种晶体缺陷，其中氧空位是最为常见的缺陷之一。

氧空位的存在通常会导致铁电材料的极化翻转行为发生改变，从而降低其铁电性能，因此人们会尽量避免

在铁电材料中产生氧空位。另一方面，实验发现氧空位也可以用来调控氧化物材料的物理特性，使其表现

出与原来不一样的新特性。我们采用第一性原理计算预测了在不同应变作用下，铁电材料中氧空位在晶界、

材料表面等不同位置所诱导的磁性；基于电子态密度的分布，分析了铁电材料中磁性产生的物理机理；发

现晶界、表面和应变导致氧空位附近电子结构的对称性破缺，使自旋电子轨道发生劈裂，从而在材料内部

产生非零的磁矩。

H-27

Bipolar and unipolar resistive switching modes in Pt/Zn0.99Zr0.01O/Pt structure for multi-bit resistance

random access memory

Minghua Tang1, Dinglin Xu

1, Zhenhua Tang

1, Bowen Zeng

1

1. Key Laboratory of Low Dimensional Materials and Application Technology of Ministry of Education, Xiangtan

University, Xiangtan, Hunan 411105, China

2. Hunan Provincial National Defense Key Laboratory of Key Film Materials & Application for Equipments,

Xiangtan University, Xiangtan, Hunan 411105, China

In this work, we report the coexistence of bipolar resistive switching (BRS) and unipolar resistive switching

(URS) modes in Pt/Zn0.99Zr0.01O/Pt structure device. After the forming process, this device with URS behavior

exhibits either URS mode in the same direction or BRS mode in the opposite direction during the reset process.

ontrollable multi-state resistances in the low and high resistance states for the BRS mode were obtained by

imposing different compliance currents (Icc) and the span of voltage sweeping in the reset process (Vstop). Larger

storage windows can be achieved with further scaling down the device area. Again, the multistate resistances at

LRS (for different Icc) and HRS (for different Vstop) were observed for all device with different areas. These

results suggest that our devices have high potential for the next generation of nonvolatile memory applications.

H-28

应变对溶胶凝胶法制备多晶 LaNiO3-δ薄膜电学性能的影响

朱明伟, 王海玲, 张亚菊, 王占杰

中国科学院金属研究所，沈阳材料科学国家（联合）实验室 110016

镍酸镧（LaNiO3）具有良好的化学稳定性和较高的金属导电性，有望作为电极材料取代贵金属电极来

改善薄膜电容器件中铁电材料的疲劳性能。降低 LaNiO3 薄膜的室温电阻率是推动其在电子器件中应用的

关键。本研究工作采用溶胶凝胶法在不同衬底上制备了柱状结构的镍酸镧薄膜，运用 XRD、SEM、XPS

及电学性能测试等多种表征手段研究了不同热应变对多晶 LaNiO3-δ 薄膜结构和性能的影响。实验结果显示

应变对镍酸镧薄膜的结晶度、化学组分以及室温电阻率均具有较大影响。适当的压应变有助于 LaNiO3-δ 电

阻率的降低，张应变和较大的压应变则会增加薄膜的电阻率。这种作用可能源于不同应变下 LaNiO3-δ 薄膜

中的缺陷浓度不同，从而导致薄膜的结构无序度和电子-声子散射强度不同。

H-29

铌酸钠钾薄膜中极化诱导的阻变行为研究

许含霓

南京大学 210093

制备了 Pt/(K,Na)NbO3/LaNiO3 器件，通过控制(K,Na)NbO3薄膜的极化方向实现了电致电阻转变行为。

(K,Na)NbO3无铅压电薄膜利用磁控溅射在具有 LaNiO3 缓冲层的 Si 衬底上延（001）方向择优取向生长，

通过压电力显微镜（PFM）表征了(K,Na)NbO3薄膜的铁电畴结构和局部区域极化翻转能力，实验结果表明

KNN 薄膜具有较好的铁电性。在 Pt/KNN/LNO 三层结构器件中，由于在 KNN/LNO 界面形成 p-n 结，其电

阻转变行为具有可调控，可重复而且呈现明显的整流特性，器件的电阻可以被外加电压连续的调控。这种

电阻转变行为归功于极化翻转调制了 KNN/LNO 界面处的势垒高度以及耗尽层宽度，进而对电子输运性质

产生影响。器件数据保持时间超过 104 猀，疲劳翻转测试超过 10

3个循环以上，HRS 与 LRS 都没有出现明

显的衰减，表现出较好的稳定性，有望在非易失性存储器件中有所应用。

H-30

带有 anti-dot 阵列的铁电薄膜 90°畴结构和其压电行为的蒙特卡罗模拟

张洋, 王寅龙, 储鹏, 谢云龙, 颜志波, 刘俊明

南京大学固体微结构国家实验室，210093 210093

近年来，人们对铁电薄膜和纳米材料的特性有着很大的兴趣，这不仅仅是由于其对基础研究的重要性，

也是因为铁电材料被广泛地应用于压电微观系统、铁电存储器、高频电子元件等许多方面。其中，如何调

控铁电畴结构以优化材料的极化和压电性质，一直是理论和实验研究的重点。我们知道，传统钙钛矿结构

铁电体，如 BTO、PZT 等的薄膜材料，在立方-四方相变中可以形成条纹状 90o 畴结构，从而有着优良的铁

电和压电特性。本文就是利用基于 Landau-Devonshire 唯象理论的蒙特卡罗模拟方法，探讨了在铁电薄膜

上引入规则排列的正方形和三角形 anti-dot 阵列后，其 90o畴结构的演变和压电性。我们发现，在通过恰当

地选择 anti-dot 的大小和取向，靠近 anti-dot 的条纹状畴可能会有规律地分裂。电偶极子相互作用和弹性应

变能之间的竞争是产生这种畴分裂的主要原因。通过对纵向压电系数 d33 的计算，我们预测到这种结构可

以有效地增强压电性能，这一方面是由于引入的空洞导致的电偶极子相互作用和弹性应变能的释放，另一

方面是因为畴壁长度的变化。当前的工作为调控铁电材料的畴结构以获得更优异的铁电和压电性能提供了

一种可选的方案。但是，本文只分析了简单形状 anti-dot 的情形，并且只考虑面内铁电畴的二维薄膜晶格。

对于更复杂的情形，这篇论文或许可以为铁电薄膜的对称性研究和带有缺陷的弛豫铁电体的原理分析等方

面提供一种思路。

H-31

氧化物电致阻变材料及性能研究

包定华

中山大学物理科学与工程技术学院光电材料与技术国家重点实验室 510275

基于电致阻变效应的电阻式随机存储器因具有存储密度高、读写速度快、功耗低、结构简单、保持时

间长、与半导体工艺兼容性好等特点，受到工业界与科学界的广泛关注与重视。近年来，我们在发展新型

氧化物电致阻变材料体系并探讨相应的物理机制等方面开展了部分研究工作，涉及到的材料包括尖晶石结

构铁氧体薄膜、层状钙钛矿结构钛酸铋薄膜、非晶 InGaZnO 薄膜等。本报告将从薄膜的制备方法、氧化物

薄膜材料体系的选择、不同电阻态的电导机制、薄膜的电阻存储性质等几方面介绍相关的研究结果。

H-32

Electric Field Induced Giant Strain and Photoluminescence-Enhancement Effect in Rare-Earth Modified

Lead- Free Piezoelectric Ceramics

王飞飞

上海师范大学 200234

An electric-field-induced giant strain response and excellent photoluminescence-enhancement effect was obtained.

Pr3+

-modified BNT-BT ceramics were designed and fabricated by a conventional fabrication process. The

ferroelectric, dielectric, piezoelectric, and photoluminescence performances were systematically studied and a

schematic phase diagram was constructed. It was found the Pr3+

substitution induced a transition from

ferroelectric long-range order structure to relaxor pseudocubic phase with short-range coherence structure. Around

a critical composition of 0.8 mol% Pr3+

, a giant reversible strain of ~0.43% with normalized strain Smax/Emax up to

770 pm/V was obtained at ~5 kV/mm. Furthermore, the in-situ electric field enhanced the photoluminescence

intensity by ~40% in the proposed system.

H-33

Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧道结中铁电层厚度对电致阻变特性的影响

温峥 1, 吴迪 2

1. 青岛大学物理科学学院

2. 南京大学材料科学与工程系

铁电隧道结基于金属/铁电超薄膜/金属三明治结构，铁电层自发极化翻转调制了势垒高度，使隧道结

获得非挥发的高（OFF）、低（ON）电阻态。与传统电容型铁电随机存储器相比，铁电隧道结具有非破坏

性电阻型数据读出，简洁器件结构和超高密度存储等优势，因此其作为有潜力突破当前半导体物理极限的

重要候选方案而备受业界关注。高、低阻态开关比（ON/OFF）是铁电隧道结的关键技术参数，ON/OFF

比值越大，应用前景越明朗。因此，提高隧道结开关比是该领域的一个重要研究课题。我们之前工作采用

半导体作为铁电隧道结一边电极，利用铁电体/半导体界面的铁电场效应在半导体电极表面形成空间电荷

区，空间电荷区作为额外势垒有效调制了结电阻，从而获得了增强的电致电阻特性。实验上，在 Pt/BaTiO3(3.2

nm)/Nb:SrTiO3隧道结中获得了高达 104 数量级的 ON/OFF 开关比，这比当时金属/铁电体/金属结构中观测

到的最好结果提高了 2 个数量级。这里，我们进一步探索 Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3 中铁电层厚度对电致阻变的

影响。采用脉冲激光沉积在 Nb:SrTiO3（001）单晶基片上生长不同厚度（1.6～10 nm）的 BaTiO3 外延薄膜。

压电力显微镜表明，即使厚度下降至 1.6 nm，BaTiO3 层依然表现出优良的铁电性。Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3隧

道结极化翻转调制的双稳阻态电流-电压关系表明，该结构的 ON/OFF 开关比随着 BaTiO3层厚度的降低而

增加，铁电层厚度 1.6 nm 隧道结的 ON/OFF 比值高达 106 数量级。结合不同温度下的输运测试对

Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3隧道结这一厚度效应进行了研究，发现热激发电流在该体系中具有重要作用。

H-34

高度织构化(111)面取向 Pb0.8Ba0.2ZrO3 弛豫铁电薄膜材料中的能量储存效应研究

彭彪林 1,2,3, 曾谢榕 1

, 牛憨笨 2, 黄海涛 3

1. 深圳大学，材料学院, 深圳市特种功能材料重点实验室, 深圳市陶瓷先进技术工程实验室

2. 深圳大学，光电工程学院，光电子器件与系统教育部重点实验室，广东省光电子器件与系统重点实验室

3. 香港理工大学，应用物理系

超高电场击穿强度的铁电/反铁电储能材料在现代电子设备中具有潜在的巨大的应用前景。本文采用溶

胶凝胶法在 Pt/TiOx/SiO2/Si(100) 衬底上制备了高度织构化的 (111)取向的铁电与反铁电两相共存的

Pb0.8Ba0.2ZrO3 (PBZ)弛豫铁电薄膜材料。结果表明：2801kV/cm 的电场下，其室温能量储存密度为 40.18

J/cm3，储能效率为 64.1%；从室温至 523K，其能量储存密度的变化少于 5%，表明该材料具有高的热稳定

性。高的电场击穿强度、大的弛豫弥散度、高度织构化的取向结构以及铁电与反铁电两相共存的相结构一

起赋予了 PBZ 薄膜材料优异的储能性能。该薄膜材料在宽温区能量储存系统中具有广泛的应用前景。

H-35

应变调控 VO2 外延薄膜金属-绝缘体转变及其机理研究

杨远俊 1,2, 杨蒙蒙 1

, 洪宾 1, 王亮鑫 1

, 胡凯 1, 罗震林 1

, 董永齐 1, 赵江涛 1

, 陈海平 1, 宋礼 1

, 鞠焕鑫 1, 朱

俊发 1, 高琛 1,2

1. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽合肥 230029

2. 中国科学技术大学化学与材料科学学院，安徽合肥 230026

具有陡峭金属-绝缘体转变行为的 VO2是一种典型关联电子材料，其光、电性能易被外场(应变、电场、

温度等)所调控，具有广阔的应用前景。直至目前为止，VO2 金属-绝缘体转变机理尚不清楚。特别地，应

变的、薄膜状态的 VO2 金属-绝缘体转变行为更加复杂，而且应变对金属-绝缘体转变的调控机制研究还处

于初期阶段。在本研究中，我们利用磁控溅射技术在两种典型衬底 Al2O3和 TiO2 上生长了一系列不同厚度

的 VO2外延薄膜样品，利用同步辐射高分辨倒易空间扫描技术、变温 Thz 光谱、Raman 光谱、光电子能谱

等技术，取得了如下研究成果：

一、在 VO2/Al2O3 外延薄膜体系中，应变越大，VO2 相变温度越低；我们还发现了 VO2/Al2O3 外延薄

膜中的应变行为不符合外延生长机制的反常现象，我们将这种应变的 形成归结于薄膜的生长模式；通过

原位变温 XRD 和原位变温 THz 时域光谱技术，揭示了 VO2/Al2O3 外延薄膜金属-绝缘体转变是结构相变与

电子相变协同作用的结果。

二、在 VO2/TiO2外延薄膜体系中，利用同步辐射高分辨 X 射线衍射技术和 Raman 光谱技术，发现了

超厚 VO2 薄膜仍然具有结构相变，且与金属-绝缘体转变相对应；另一方面，在超薄（~14 nm）的 VO2外

延薄膜中，我们利用同步辐射 XRD 倒易空间扫描技术、变温拉曼光谱技术证实了超薄 VO2/TiO2 外延薄膜

在 MIT 转变中没有发生结构相变，这是由于外延应变稳定住了绝缘态的四方相 VO2；变温 UPS 表征结果

也证明：电子结构转变可能是造成超薄 VO2 外延薄膜金属-绝缘体转变的唯一因素，同时 DFT 理论计算也

表明外延应变可以在室温稳定住绝缘态的四方相 VO2。

因此，VO2 外延薄膜金属-绝缘体转变与应变状态密切相关，不同的应变状态导致不同的金属-绝缘体

转变机制。本研究对已深入理解 VO2外延薄膜金属-绝缘体转变机理有重要意义。

H-36

一种柔性和透明的分子铁电薄膜

袁国亮

南京理工大学 210094

铁电材料在数据存储、机械驱动和传感等领域具有广泛的应用，目前应用最多的是具有钙钛矿结构的

无机材料。相对于无机铁电材料而言，分子铁电材料具有可控设计合成、环保、轻柔等特性和优点。我们

发现咪唑高氯酸（Im-ClO4）这种分子铁电材料具有大的自发极化，高的相变温度和优良的压电响应特性。

以 Im-ClO4 为原料，先通过旋涂的方法（spin-coating）将籽晶沉积在衬底表面，然后通过控制合适的生长

条件在饱和溶液中诱导生长具有大面积相同取向的薄膜。通过这种方法得到的薄膜不但保持了几乎与块材

相一致的优良特性，其压电响应特性可以与无机铁电薄膜相媲美，透明样品在弯曲直径几毫米状态下仍然

保持良好的铁电和压电性能。这为分子铁电材料的研究和应用起到了积极的推动作用。

H-37

一种可用于可重构逻辑器件的光电忆阻器

檀洪伟, 刘钢, 李润伟

中国科学院宁波材料技术与工程研究所 315201

可编程逻辑器件因其灵活的功能性在功能化信息处理模块与可编程处理器中发挥重要作用。然而，当

前可编程逻辑器件结构比较复杂，而且逻辑门本身的结构框架是固定不变的，而是通过改变逻辑门阵列的

连接方式实现可编程特性。基于半导体材料的忆阻器对光信号有明显的响应行为，故允许光和电两种信号

对单一器件的电阻进行调控，可用于光互联系统中光信号的探测，处理与存储。为了进一步提高逻辑器件

本身的可编程能力，本文提出了 “逻辑存储器”的概念，在单个光触发的忆阻器中，通过电和光共同对电阻

状态的调控，实现了非易失的逻辑输出以及非易失的逻辑操作关系转换（“与门”-“或门”相互转换），有望

将可编程的信息处理器件与存储器集成，进而提高运算存储效率。同时，这种用可逆的逻辑关系作为二进

制信息存储，有望用于高度程式化的复杂运算，可编程的信息处理与存储，以及集成光子学领域。

H-38

放电等离子烧结 Ba(Zn1/2Ta2/3)O3 微波陶瓷的结构、化学与微波性能

程立金 1,2, 蒋少文 1,2

, 冯璟 1,2, 刘绍军 1,2

1. 中南大学粉末冶金研究院

2. 中南大学粉末冶金重点实验室

已广泛应用于移动通信系统中的 Ba(Zn1/2Ta2/3)O3 陶瓷微波性能对过程工艺参数、化学计量比偏离、微

观结构（有序度）、微观晶体缺陷、空隙度等非常敏感。同时，其高的烧结温度和长的烧结时间所导致的

Zn 元素挥发也使得结构和微波性能相互关系的研究更为复杂。本论文采用能够实现快速和低温烧结的放电

等离子体烧结（SPS）技术，成功地制备了高致密度的单相 Ba(Zn1/2Ta2/3)O3 微波陶瓷。利用 SEM，TEM，

XRD，Raman 光谱和远红外光谱等分别对 SPS 烧结 Ba(Zn1/2Ta2/3)O3样品的显微结构、晶体结构和 B 位方

向的 1:2 有序度进行了表征，重点讨论了 SPS 工艺参数对 Ba(Zn1/2Ta2/3)O3陶瓷微观结构和微波性能的影响。

随着烧结温度的升高，Ba(Zn1/2Ta2/3)O3 样品的平均晶粒尺寸由 0.4μm 轻微地增加至 0.53μm，相对密度由最

初的～80%显著地提高至～98.3%。XRD 和 Raman 光谱测试发现，在低于 1450℃烧结温度下，

Ba(Zn1/2Ta2/3)O3陶瓷的 B 位 1:2 有序度随着烧结温度的升高而增加。烧结温度达到 1450℃后，B 位方向的

1:2 有序度反而减低，这可能与高温下 Zn 元素的挥发有关。利用 SPS 技术，在 1400℃，30Mpa 和 15 分钟

烧结条件下制备的Ba(Zn1/2Ta2/3)O3微波陶瓷的相对密度为～97.8%，平均晶粒尺寸为 0.48μm，介电常数（εr），

品质因子（Q*f）和共振频率温度系数（τf）分别为~32，~18000GHz 和~3ppm/℃。

H-39

Au/Ga2O3 表面等离基元复合薄膜的研究

安跃华 1,2, 唐为华 1,2

, 吴真平 1,2, 李培刚 1,2

1. 光电材料与器件实验室，理学院，北京邮电大学，北京，100876

2. 信息光子学与光通信国家重点实验室，北京邮电大学，北京，100876

通过热退火的方法将 Au 纳米颗粒分散在 Ga2O3薄膜上制备了紫外光电探测器，并研究表面等离基元

对 Ga2O3薄膜光电的性能的影响。结果显示：在相同电压下 Au NPs/Ga2O3复合薄膜较纯的 Ga2O3薄膜制备

的紫外光电探测器有更小的暗电流，同时增加了光响应速度以及衰减速度，而且光增益得到了极大的提高。

这是由于 Au 纳米粒子分散在 Ga2O3 薄膜上时导致局部形成金属-半导体的肖特基结，在 Au 纳米粒子附近

创造了耗尽区域从而降低了暗电流。在紫外光照射下发生了表面等离子共振使得紫外光电探测器的光电性

能得到极大的提高。

H-40

ZnO 中 p 型掺杂瓶颈的突破：在 ZnO 中插入掺 NX 或 AgZn 的超薄 ZnX (X=S, Se 和 Te)层

蒋新贺, 史俊杰, 刘海云

北京大学物理学院 100871

近年来，ZnO 半导体材料引起了人们广泛的研究兴趣。然而，作为一种有广阔应用前景的光电材料，

ZnO 的 p 型掺杂仍然是一个世界性难题，其困难主要有以下三个方面的原因：(1)高浓度本征施主缺陷补偿，

(2)高的受主电离能，(3)低的 p 型杂质溶解度[1,2]。我们利用第一性原理计算的方法，系统研究了 ZnO 的 p

型掺杂问题，计算了缺陷形成能和受主电离能，给出了一个降低受主电离能的新途径。计算结果表明，通

过在体材料 ZnO 中插入掺 NX (X=S, Se 和 Te)或 AgZn的超薄 ZnX 层来形成(ZnO)m/(ZnX)n (m>n)的短周期超

晶格，可以实现 ZnO 的稳定 p 型掺杂。我们发现掺在 ZnX 层中的 NX 或 AgZn具有最低的缺陷形成能，富

锌(氧)环境有利于 NX (AgZn)缺陷的形成，对于 AgZn缺陷来说，由于本征施主缺陷高的形成能，从而避免了

其对 Ag 受主的补偿效应。通过(ZnO)m/(ZnX)n的超晶格结构中掺 N 或 Ag 来代替 ZnO 中掺 N 或 Ag，能够

显著降低受主电离能，其中 N (Ag)的受主电离能够从 ZnO 的 0.45 (0.43) eV 降到(ZnO)5/(ZnS)1 的 0.33 (0.32)

eV、(ZnO)5/(ZnSe)1 的 0.20 (0.24) eV 和(ZnO)5/(ZnTe)1 的 0.12 (0.13) eV。我们还发现超晶格中低的受主电

离能是由 ZnX 层的调制导致的 NX或 AgZn具有不同的局域结构和高的 p 轨道主导的价带，并且带隙能够从

ZnO体材料的3.40 eV调制到(ZnO)5/(ZnS)1的3.21 eV、(ZnO)5/(ZnSe)1的2.41 eV和(ZnO)5/(ZnTe)1的2.26 eV，

这非常有利于 ZnO 基白光 LED 的集成。我们的工作开辟了一条实现 ZnO 的 p 型电导的新途径，对于实现

稳定和可重复的 ZnO 的 p 型光电材料具有极重要的价值。

H-41

TbFeO3单晶中对外磁场敏感的磁相变和巨大的各向异性磁熵变

向茂林, 曹义明, 康保娟, 任伟, 张金仓, 曹世勋

上海大学 200444

钙钛矿型稀土正铁氧体 RFeO3（R 为稀土离子）是一种具有独特物理性质和化学性质的无机非金属材

料。部分 RFeO3 化合物表现出来的超快光磁效应、自旋重取向相变、磁电耦合、多铁性以及低温下较大的

磁熵变等，是目前材料科学及凝聚态物理中的一个宽广的新领域。

我们采用传统的固相反应法制备了 TbFeO3 多晶，随后采用光学浮区法生长出直径 4 mm，长 40 mm 的

TbFeO3 单晶，尖锐的单晶粉末 XRD 衍射峰、清晰的 Laue 衍射斑点证明所制备的单晶质量完好。

磁性测量结果显示，由于 Fe 的 3d 电子和稀土的 4f 电子的相互作用，导致了在 TbFeO3 单晶中存在对外磁

场和温度高度敏感的自旋重取向相变。对 TbFeO3 单晶的磁熵变测量计算结果显示，在外磁场为 70 kOe 时，

沿晶轴 a 的最大的磁熵变-△S 出现在 9K，高达 20.89 J/(kg K) ，沿晶轴 b 的最大磁熵变-△S 为 19.55 J/(kg

K)，而沿晶轴 c 的磁熵变很小，且是负值。沿晶轴 a 的最大制冷量 RC 为 497.36 J/kg，相同条件下比 ErFeO3

单晶、TbMnO3单晶和 TmMnO3单晶分别大 18%、27%和 135%。此外，TbFeO3单晶中在晶轴 a 和晶轴 c 之

间的各向异性磁熵变效应也使其在低温磁制冷技术中存在潜在的应用价值。

H-42

Cu2O/WOx异质结构的阻变效应

段伟杰, 王金斌, 钟向丽, 李波

湘潭大学 411105

阻变存储器(RRAM)因其高密度、低功耗、非破坏性读取等一系列优点被视为下一代存储器的理想代

替者。但是在基于阻变单元的交叉存储阵列(Crossbar)中存在着数据串扰(Crosstalk)现象，这极大的制约了

阻变存储器在新型高密度阵列型存储器中的应用。因此，针对这一问题开展了一系列研究，意在探索了一

种合理的方案来解决这一问题。采用 Cu2O/WOx 异质结构作为功能层制备了具有阻变效应的存储单元，利

用 WOx（开关单元）的开关效应、Cu2O（记忆单元）的存储功能和 Cu2O/WOx 界面对低压区电流的抑制

作用来实现数据存储并防止串扰现象的发生。经过测试，Cu2O/WOx 异质结构具有明显的防串扰功能：在

正向电压下由阈值转变开启单元；负向电压下，控制不同的存储状态，低压区电流被抑制，单元依然处于

高阻状态；随着电压增大，电流突变式增大，Cu2O/WOx 界面发生软击穿，单元进入低阻态；当电压继续

增加，单元会再次回到高阻态。方案以一种新机制来实现不同状态的存储——以内部结构的差异来区分两

个存储态。在负向低压区，记忆单元内导电通道已形成，但 Cu2O/WOx 界面的空间电荷区存在，整个单元

依然处于高电阻态，该状态可定义为“0”；随着界面软击穿，Cu2O/WOx 界面不再抑制电流，随着电压增大，

整个单元重回高阻态，此时记忆单元中导电通道断裂，该状态可以定义为“1”。该工作探索出了一条防串扰

的可行途径。

H-43

铁电材料的应变梯度诱导极化: 回顾与展望

马文辉

汕头大学物理系 515063

常规的弹电耦合效应包括压电效应、电致伸缩效应和麦克斯韦尔应力效应，都假定了均匀应变，而未

考虑与非均匀应变相关联的弹电耦合极化。与压电效应只存在于非中心对称性的点群不同，作为四阶张量

的应变梯度－极化耦合效应存在于所有的晶体点群中。一些典型的铁电体居里温度以上呈立方对称，不存

在常规的压电效应，仅存在应变梯度极化效应。唯象理论分析表明简单介质的应变梯度极化效应系数 μ12

仅为 10－100 pC/m，而实验研究表明一些复杂氧化物铁电体由于其现存的极化微区和高介电常数，具有比

低介电常数的简单介质大得多的应变梯度诱发电极化效应，比如钛酸钡在室温下的四方相中 μ12约 10μC/m，

而在居里点 TC附近增至约 50μC/m。这些早期的实验研究使人们相信应变梯度可使力致极化反转成为可能。

唯象理论分析指出应变梯度效应在纳米尺度下会显著增强。最终，人们在纳米针尖下成功观测到外延铁电

薄膜中的机械极化开关现象，这预期将对铁电信息存储技术的革新产生重要影响。可以通过高分辨透射电

子显微术对薄膜中非均匀应变诱发的极化转动进行测量，并结合唯象理论，对铁电材料的应变梯度－极化

耦合系数进行量化分析。通过改变微纳米尺度铁电体的形状和尺寸比例可望得到显著增强的机电耦合效

应。

H-44

LaAlO3/SrTiO3 异质结构中的机电响应

李晨 1,2,3, 程志浩 1,2,3

, 曹玉媛 1,2,3, 白玉杭 1,2,3

, 李爱东 1,2,3, 张善涛 1,2,3

, 吴迪 1,2,3

1. 南京微结构国家实验室

2. 南京大学现代工程与应用科学学院材料科学与工程系

3. 人工微结构科学与技术协同创新中心

利用压电力显微镜等测试手段，探索 LaAlO3/SrTiO3异质结构中出现的“压电响应”的来源。

方法：利用脉冲激光沉积技术，在不同的氧气分压下, 在 TiO2 终结的 SrTiO3(001)衬底上外延生长了 10 个

单胞厚度的 LaAlO3 超薄膜。利用压电力显微镜，静电力显微镜以及扫描开尔文力显微镜，我们系统地研

究了 LaAlO3/SrTiO3异质结构中的机电响应。对于沉积氧分压在 10-5

mbar 以下的样品，氧空位的含量对于

LaAlO3/SrTiO3 异质结构中出现的“压电响应”现象有着显著的影响；对于沉积氧分压在 10-4

mbar 以上的样

品，实验环境空气湿度对于“压电响应”有很大的贡献。在 LaAlO3/SrTiO3异质结构中，由于内电场的作用，

LaAlO3 外延薄膜中会产生一个本征的电致伸缩。在压电力显微镜测试中，带电探针所施加的电场，会改变

LaAlO3 外延薄膜表面的离子吸附及 LaAlO3外延薄膜内部氧空位的空间排布，这二者会改变 LaAlO3 外延薄

膜中本征的内电场，导致 LaAlO3 外延薄膜的电致伸缩量发生变化，造成“压电响应”。

H-45

放电等离子技术制备钛酸锶钡基复合陶瓷及其介电调谐性能

任鹏荣, 王倩

西安理工大学 710048

随着移相器、延迟器等微波通讯器件的发展，迫切需要一种介电调谐材料，即介电常数在外加电场下

变化。但是传统的介电材料面临降低介电损耗与增加调谐率的矛盾。为了解决这一矛盾，在介电材料中复

合第二相是一种普遍的改性方法。但在复合的过程中，基体相容易与第二相容易产生反应。第二相或者固

溶到基体的晶格中，或者与基体在晶界处反应产生第二相。这些都会引起材料的介电调谐性能的恶化。本

论文选用钛酸锶钡（BST）这一传统的的介电材料，以 0-3 和 2-2 两种方式在其基体中复合第二相相氧化

物 MgO，采用放电等离子烧结（SPS）技术制备 BST 基复合陶瓷，从而有效的避免了 BST 与 MgO 之间的

固溶和界面反应，并且获得了具有优良调谐性能的介电调谐材料。本论文首先采用固相法制备了 BST/MgO

粉体，其次通过 SPS 技术制备了 0-3 型和 2-2 型 BST/MgO 复合陶瓷，最后在氧气气氛下对所制备的陶瓷

进行退火。XRD 图谱表明复合陶瓷具有 BST 与 MgO 两相，没有其他杂相产生。SEM 照片表明 BST 的晶

粒大约为 2~3 μm，MgO 弥散的分布在基体中，没有显著地团聚。对样品表面进行能谱分析表明，只有十

分少量的 MgO 固溶到了 BST 晶格中，MgO 与 BST 之间有较为清晰的界面。样品的介电温谱也表明 MgO

与 BST 复合之后，BST 的 Curie 温度几乎没有偏移，进一步证明 MgO 没有固溶到 BST 晶格中。室温下，

样品的介电常数为 500，介电损耗小于 0.005，调谐率为 15%。通过 SPS 技术制备了 BST/MgO 复合陶瓷，

BaTiO3与 MgO 之间没有发生固溶或者界面反应，室温下，样品的介电常数为 500，介电损耗小于 0.005，

调谐率为 15%，可以作为一种候选的介电调谐材料。

H-46

基于氧原子迁移的多值铁电忆阻器

侯鹏飞 1,2,3, 王金斌 1,2,3

, 钟向丽 1,2,3, 李波 1,2,3

1. Key Laboratory of Low-dimensional Materials and Application Technology, Xiangtan University

2. Hunan Provincial National Defense Key Laboratory of Key Film Materials & Application for Equipment,

Xiangtan University

3. School of Materials Science and Engineering, Xiangtan University

铁电材料由于其自发极化可以实现低损耗和高存储密度而受到科学研究者的青睐, 然而基于铁电极化

的铁电隧道结和多值铁电忆阻器会因为氧空位的相对移动以及电极/铁电薄膜界面的捕获而产生疲劳极大

地抑制器件的应用,对于如何抑制这种现象的研究比较多, 而对于如何利用这些现象的研究很少。本文以利

用氧空位为出发点, 采用激光分子束外延方法在 Pt 衬底上制备了 PZT 薄膜, 并使用 Ag 顶电极成功制备了

基于氧原子迁移的氧空位导电丝铁电忆阻器存储单元, 该存储单元在电场下氧原子迁移至银电极附近并发

生化学反应来控制铁电薄膜内的氧空位浓度, 从而使存储单元呈现出不同的电阻态来达到存储目的。通过

控制生长条件, 所制备 Pt/PZT/Ag 单元, 在不同的电压控制下可以呈现出二态、四态、六态, 极大地提高了

存储密度, 最高阻态和最低阻态的比值在 105 以上, 而操作电压在 2 V 左右满足低损耗的要求, 并且写入过

程仅与电压的大小有关, 与写入电压的步长无关, 极大地提高了写入速度, 在翻转 100 次以后, 其阻变特性

曲线无明显变化, 经过 48 小时以后其存储状态也无明显变化, 因此该器件具有较好的保持性。该铁电忆阻

器存储单元的这些性能对于铁电存储器的研究以及应用具有积极的促进作用。

H-47

Dy1-xSmxFeO3 单晶生长及其太赫兹时域光谱研究

许凯, 赵伟尧, 康保娟, 任伟, 张金仓, 曹世勋

上海大学 200444

稀土铁氧化物是当下功能材料领域最重要的研究方向之一，最近更是以其超快光磁响应特性备受光信

息工程关注。自旋重取向（SR）是稀土铁氧化物中非常重要的一种磁相变，它与光磁相互作用密切相关；

我们围绕着 SR 相变做了一系列的研究。在研究中，我们引入了一个包含了所有 SR 类型的样品体系，即

Dy1-xSmxFeO3 (DSFO)；x 以 0.1 为间隔，共有 11 种不同的光学浮区法单晶体。从 XRD 数据中我们得出：

当 x1-x2 = 0.1 时，晶格失配小于 0.2%；而晶体生长的取向在晶格失配较小的时候是很容易被籽晶诱导的。

在生长过程中，我们沿着 x 的梯度次序进行晶体生长，并以前一次生长的单晶体作为后一次的籽晶；这些

样品的生长方向通过劳厄衍射晶证实都是一致的。太赫兹时域光谱是研究磁子共振激发的一种重要方法。

当太赫兹脉冲通过样品时，会有一个典型的脉冲响应；时域光谱仪可以很精确的测出这个超快的时域光谱，

而频域光谱可以通过傅里叶变换可以得到。作为一个最有代表性的研究对象，x=0.6 的 DSFO 拥有一个靠

近室温的 SR 转变。我们将它切成 1.5 mm 的薄片，面法向为晶轴 a 以备测量。借助于一个 N2 冷却的腔体，

我们成功得到了 50~300 K 温区的太赫兹时域光谱。通过测量和分析这些光谱，我们发现了 x=0.6 样品的准

铁磁模式（QFM）和准反铁磁模式（QAFM）。其中，QAFM=0.525 THz，与温度无关。当温度降至自旋

重取向温度以下，QAFM 会慢慢由于磁结构转变而减弱至消失。随温度降到 120 K 以后，随温度降低而硬

化的 QFM 出现，为 0.27 THz；随着温度降 50 K，它一直增大到 0.4 THz。

H-48

由 P(VDF-CTFE)氢化法合成 P(VDF-TrFE)的表征及其铁电压电性能研究

李众 1, 杨庆浩 1

, 张志成 2

1. 西安科技大学材料科学与工程学院材料物理化学系

2. 西安交通大学理学院应用化学系

通过一种可控的环境友好型的氢化方式将 P(VDF-CTFE)中的 Cl 原子还原为 H 原子，制备了 VDF 和

TrFE 单元以头-头或者尾-尾方式链接为主的 P(VDF-TrFE)，聚合物结构由核磁共振、差热分析、红外、XRD

等进行详细表征。使用溶液流延法制备了 P(VDF-TrFE)薄膜，并对薄膜在不同条件下进行后处理，采用阻

抗测试仪测量其介电性能，铁电分析仪测量其铁电性能，d33准静态测试仪获得其压电常数。结果表明，当

TrFE 含量高于 20mol%时，所制备的聚合物薄膜为单一的 β 晶相，P(VDF-TrFE)(80/20)与(65/35)的溶液流

延膜在 100Hz 的频率下介电常数最高可以达到 9.2 和 7.2，其铁电性能最大极化值与剩余极化值最好可以

达到 7.9 μC/cm2 和 5.9 μC/cm

2 与 4.9 μC/cm2 和 2.5 μC/cm

2，矫顽电场为 82Mv/m 和 69Mv/m。压电系数 d33

可以达到 17 和 14。对 P(VDF-TrFE)(80/20)进行退火处理以完善其晶型的结晶提高其铁电压电性能，100Hz

的频率下的介电常数提高到 13.2，最大极化值与剩余极化值提高到 11.2 μC/cm2 和 7.2 μC/cm

2，矫顽电场降

低到 55Mv/m。压电系数 d33 提高到 25。

H-48

应变调控 VO2外延薄膜金属-绝缘体转变及其机理研究

杨远俊 1,2, 杨蒙蒙 1

, 洪宾 1, 王亮鑫 1

, 胡凯 1, 罗震林 1

, 董永齐 1, 赵江涛 1

, 陈海平 1, 宋礼 1

, 鞠焕鑫 1, 朱

俊发 1, 高琛 1,2

1. 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽合肥 230029

2. 中国科学技术大学化学与材料科学学院，安徽合肥 230026

具有陡峭金属-绝缘体转变行为的 VO2是一种典型关联电子材料，其光、电性能易被外场(应变、电场、

温度等)所调控，具有广阔的应用前景。直至目前为止，VO2 金属-绝缘体转变机理尚不清楚。特别地，应

变的、薄膜状态的 VO2 金属-绝缘体转变行为更加复杂，而且应变对金属-绝缘体转变的调控机制研究还处

于初期阶段。在本研究中，我们利用磁控溅射技术在两种典型衬底 Al2O3和 TiO2 上生长了一系列不同厚度

的 VO2外延薄膜样品，利用同步辐射高分辨倒易空间扫描技术、变温 Thz 光谱、Raman 光谱、光电子能谱

等技术，取得了如下研究成果：

一、在 VO2/Al2O3 外延薄膜体系中，应变越大，VO2 相变温度越低；我们还发现了 VO2/Al2O3 外延薄

膜中的应变行为不符合外延生长机制的反常现象，我们将这种应变的 形成归结于薄膜的生长模式；通过

原位变温 XRD 和原位变温 THz 时域光谱技术，揭示了 VO2/Al2O3 外延薄膜金属-绝缘体转变是结构相变与

电子相变协同作用的结果。

二、在 VO2/TiO2外延薄膜体系中，利用同步辐射高分辨 X 射线衍射技术和 Raman 光谱技术，发现了

超厚 VO2 薄膜仍然具有结构相变，且与金属-绝缘体转变相对应；另一方面，在超薄（~14 nm）的 VO2外

延薄膜中，我们利用同步辐射 XRD 倒易空间扫描技术、变温拉曼光谱技术证实了超薄 VO2/TiO2 外延薄膜

在 MIT 转变中没有发生结构相变，这是由于外延应变稳定住了绝缘态的四方相 VO2；变温 UPS 表征结果

也证明：电子结构转变可能是造成超薄 VO2 外延薄膜金属-绝缘体转变的唯一因素，同时 DFT 理论计算也

表明外延应变可以在室温稳定住绝缘态的四方相 VO2。

因此，VO2 外延薄膜金属-绝缘体转变与应变状态密切相关，不同的应变状态导致不同的金属-绝缘体

转变机制。本研究对已深入理解 VO2外延薄膜金属-绝缘体转变机理有重要意义。

H-49

SrIrO3薄膜的合成及电输运性质的研究

陈延彬 2, 庞斌 2

, 张伦勇 2, 吴飞翔 2

, 姚淑华 2, 周健 2

, 陈延峰 2

1. 南京大学固体物理微结构国家实验室、物理系

2. 南京大学固体物理微结构国家实验室、材料科学与工程系

强自旋-轨道耦合作用与电子关联作用能会导致一系列非常规的量子态。SrIrO3 是一个具有强自旋-轨

道耦合的系统，在该系统中预言了一系列奇异的量子性质，比如拓扑晶体金属、弱拓扑绝缘体性等。在这

些理论工作的启发下，我们在 SrTiO3、(LaSr)(AlTi)O3(LSAT) 和 LaAlO3 衬底上生长了不同厚度的 SrIrO3

薄膜[2-5]。利用透射电子衍射术证明当厚度少于 30 纳米时，我们能够获得亚稳定的正交相 SrIrO3。厚度过

大后 SrIrO3薄膜质量较差，而且表现出单斜相的 SrIrO3。电输运的表征表明当 SrIrO3 薄膜的厚度从 2nm 变

化到 20nm 时，该系统的电输运性质从半导体性过渡到坏金属性。低温的磁阻研究表明在该 SrIrO3中存在

着较大的自旋-轨道耦合效应。对 10nm 厚生长在 SrTiO3的 SrIrO3 薄膜的霍尔系数的研究中发现：该体系是

一个半金属态。当施加一定的应力时，能够实现电子与空穴的浓度差的调节。这些工作对深入研究 SrIrO3

材料中的量子拓扑效应有借鉴意义。

H-50

Enhanced ferromagnetism in N-doped BiFeO3: a first-principles prediction

Qianjin Wang

College of Physics and Electronic Information, Yunnan Normal University

First-principles calculations are used to investigate the ferromagnetism of N-doped BiFeO3 (BFO). It is found

that one N atom doped BFO at O site can produce a total magnetic moment of 1 μB compared with the no

magnetic moment in the perfect BFO. The magnetic moment originates from the destroyed antiferromagnetic spin

arrangement of Fe ions, the spin-polarized N and O atoms. Systematic study of electronic structure further

indicated that the magnetism is attributed to the holes in the N-2p, O-2p and Fe-3d states induced by N

substitution for O atom. Total energy calculations show that the N impurities tended to ferromagnetic alignment in

BFO. Magnetism is also investigated with the appearance of intrinsic defects (Bi and O vacancies) in N-doped

BFO, we found that Bi vacancies are beneficial for enhancing the ferromagnetism while O vacancies are the

opposite. The enhanced ferromagnetism obtained by N doping indicating a promising way for improving

multiferroic properties of BFO.

H-51

Giant negative electrocaloric effect in antiferroelectric La-doped Pb(ZrTi)O3 thin films near room

temperature

刘洋

复旦大学

Electrocaloric (EC) refrigeration based on electrocaloric effect (ECE) has recently been regarded as a very

promising alternative to the vapor-cycle cooling technologies invented a hundred years ago.[1,2]

Here we reveal

here a giant inverse electrocaloric effect with a significantly enhanced temperature of about -5 K under a moderate

electric field of 415 kV/cm in (Pb0.97La0.02)(Zr0.95Ti0.05)O3 thin films.[3]

In contrast to the high working

temperatures (~200 ℃) required for using the conventional ECE in these films,[1]

the inverse ECE can be

operated near room temperature.[3]

We demonstrate that both conventional and inverse ECE contribute to the

caloric response near room temperature. We also make a systematic comparison with other typical EC materials in

the literature stressing the potentialities of the system we studied. Although a solid theoretical model is still

missing, our findings are qualitatively supported by recent theoretical study based on Kittel model.[4]

Moreover,

we also propose a simple mechanism to understand the inverse ECE in antiferroelectrics. Our results show that

antiferroelectric thin films may act as a new class of solid-state caloric materials with giant inverse EC response

near room temperature. Such findings make antiferroelectrics serious candidates in the field of solid-state coolers.

We believe that the giant inverse ECE found here may open up a new paradigm for light, compact, reliable and

high efficient refrigeration devices.

H-52

Acoustic velocity and attenuation in magnetorhelogical fluids based on an effective density fluid model

Min Shen

武汉纺织大学

Magnetrohelogical fluids (MRFs) represent a class of smart materials whose rheological properties change in

response to the magnetic field, which resulting in the drastic change of the acoustic impedance. This paper

presents an acoustic propagation model that approximates a fluid-saturated porous medium as a fluid with a bulk

modulus and effective density (EDFM) to study the acoustic propagation in the MRF materials under magnetic

field. The effective density fluid model derived from the Biot’s theory. Some minor changes to the theory had to

be applied, modeling both fluid-like and solid-like state of the MRF material. The attenuation and velocity

variation of the MRF are numerical calculated. The calculated results show that for the MRF material the

attenuation and velocity predicted with this effective density fluid model are close agreement with the previous

predictions by Biot’s theory. In this agreement we demonstrate that for the MRF acoustic prediction the effective

density fluid model is an accurate alternative to full Biot’s theory and is much simpler to implement.

H-53

用于单片圆盘状压电能量收集器的材料研究

董颖

同济大学 201804

随着低功耗电子产品和物联网技术的发展，对环境中机械能的收集利用变得越来越有研究价值。基于

压电效应的将机械能转化为电能的方式因其方便、效率高等优点引起了越来越多的关注。压电材料作为机

电转化的功能材料，在高新技术领域扮演着重要的角色，其中尤以锆钛酸铅压电陶瓷有着广泛应用。本文

采用单片圆盘状压电能量收集装置，简要分析了软性 PZT 和硬性 PZT 的结构和性能参数，通过将材料粘

接上质量块，测量其将机械能转化为电能的功率大小，对多种软性 PZT 和硬性 PZT 材料进行了对比研究。

通过选用 PZT-51 材料，粘连 30 g 重量的质量块，在连接匹配阻抗和产生谐振的条件下，单片圆盘状能量

收集装置的输出功率可高达 10mW。实验数据表明，软性 PZT 材料比硬性 PZT 材料更适合圆盘状压电能

量收集。

H-54

具有极低微波介质损耗的退火 Mg4Ta2O9微波陶瓷结构、化学与微波性能

孔树 1,2, 程立金 1,2

, 刘绍军 1,2

1. 中南大学粉末冶金研究院

2. 中南大学粉末冶金国家重点实验室

结合高能球磨技术，采用传统固相合成法制备了刚玉结构的 Mg4Ta2O9 微波陶瓷。在微波性能测试基

础上，采用拉曼光谱仪、远红外光谱仪、X 射线粉末衍射、扫描电子显微镜等（SEM）系统地研究了不同

退火气氛、温度和时间对样品结构、化学和性能的影响。结果表明，在 1400~1500℃下烧结均能制备得到

单相 Mg4Ta2O9 陶瓷；但在 1550 ℃温度下烧结，会生成少量显著降低微波性能的 Mg5Ta4O9第二相。1500 ℃

下烧结 5 h 样品的介电常数（εr），品质因子（Q*f）和共振频率温度系数（τf）分别为 11.4，160,730 GHz

和-30.4 ppm/℃。XRD 和 Raman 结果显示，在空气气氛下的 1100-1300 ℃和 4-12 hrs 退火均能有效地分解

Mg5Ta2O9 相至 Mg4Ta2O9和 Ta2O5。而 Ta2O5 则进一步固溶到 Mg4Ta2O9 晶格间隙中的 MgO。随着退火温

度的升高和退火时间的延长，样品烧结密度由 94.3%增加到 96.6%，晶粒尺寸由 8.8μm 增加到 11.5μm。退

火处理显著地增加了 Mg4Ta2O9陶瓷的品质因子，Q*f 值由 160,730 GHz 提高到 196,624GHz。相比较，介

电常数和谐振频率温度系数无明显变化。

H-55

Effect of {111} lattice twin on the properties of ferroelectrics: a phase field study

吴宏辉

香港科技大学 518131

In the current work, the role of lattice twin on the properties of ferroelectric single crystal and polycrystalline

are investigated, respectively. As the two important material parameters, remnant polarization and coercive field

of the hysteresis loop are concerned. It is found that without sacrificing the remnant polarization, the coercive

field can be greatly decreased by the {111} lattice twin both in single crystal and the polycrystalline. The detailed

domain structure and polarization switching behavior are also investigated, it is found that the decreased coercive

field is attributed to the increasing of variants by the {111} lattice twin in the tetragonal ferroelectric materials,

which would in turn to provide more nucleation site for the new domain. The simulation results also indicate that

{111} twin lamina not only can reduce the Ec not only by providing more nucleation sites, but also by decreasing

the difficulty in domain wall motion and polarization rotation. The present finding of the lattice twin {111} by

phase field simulation agrees well the observed results by experiments in our group.

H-56

PZT 铁电薄膜的太赫兹电光效应研究

张园 1, 郭泉 2

, 谭丛兵 1, 张栋文 2

, 钟向丽 1, 袁建民 2

1. 湖南省湘潭市雨湖区湘潭大学材料科学与工程学院

2. 湖南省长沙市开福区国防科技大学理学院

太赫兹波具有安全性高、传输速度快、穿透性好等特点，可望成为下一代无线通信频段。铁电材料在

太赫兹频段具有较大的电光系数和稳定的介电常数，可用于制备太赫兹频段的电光调制器，从而应用于太

赫兹通信。因此，研究铁电材料在太赫兹频段的性质具有重要的意义。本研究利用脉冲激光沉积(PLD)技

术在 Pt/Ti/SiO2/Si 基底上依次制备了 PbZr0.52Ti0.48O3（PZT, 200nm）铁电薄膜和 Al 掺杂 ZnO（AZO, 50nm）

透明上电极薄膜，形成了三明治结构的 AZO/PZT/Pt 样品。利用反射式太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)测量

了 PZT 铁电薄膜在太赫兹频段的电光效应。研究表明，在低电压下，PZT 铁电薄膜的折射率与电场呈线性

关系，是典型的 Pockels 效应，75kV/cm 下的线性电光系数为 rc=7.97×10-11 m/V；在高电压下，其折射率

与电场呈平方关系，是典型的 Kerr 效应，300kV/cm 下的二阶电光系数为 Rc=7.36×10-19 m2/V

2。

由上述结果可见，PZT 铁电薄膜在太赫兹频段具有较大的电光系数，是制备太赫兹电光器件的理想材

料。

H-P01

高击穿强度 PZT 铁电薄膜电容器的制备及其线性储能研究

彭斌 1,2, 谢镇坤 2

, 岳振星 2

1. 电子材料研究所，电子与信息工程学院，西安交通大学

2. 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，材料学院，清华大学

电介质储能具有充放电速率快，功率密度高，温度稳定性好等特点，应用于高功率脉冲电源具有独特

优势。与线性电介质相比，铁电薄膜电容器的储能密度较高，但是击穿强度和储能效率较低（<50%）。本

研究尝试在传统的锆钛酸铅（PZT）铁电薄膜中同时提高储能密度和储能效率。 采用化学溶液沉积法制备

了约 400 nm 厚的 Pb(Zr0.4Ti0.6)O3薄膜，并掺入 4%mol 的 Nb5+以减少薄膜中的缺陷。用 Weibull 模型分析

了薄膜在室温下的平均击穿强度。未掺杂和 Nb 掺杂 PZT 薄膜的交流击穿强度均超过 2 MV/cm，直流击穿

强度分别为 1.35 MV/cm 和 1.87 MV/cm。Nb 掺杂有效降低了薄膜在高电场下的漏电流，提高了击穿强度，

并充分发挥了线性储能机制的优点，能量密度高达 20 J/cm3，储能效率超过 70%。Nb 掺杂改性有效提高了

PZT 薄膜的击穿强度，并同时提高了储能密度和储能效率。

H-P02

Effects of the thickness of TiO2 seeding layer on crystalline orientation and electrical properties of

(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3 thin films fabricated by a sol–gel method

Yunyi Wu1, Xiaohui Wang

2, Caifu Zhong

2, Longtu Li

2

1. 北京有色金属研究总院

2. 清华大学材料科学与工程系

Thin films of NKBT and (Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3 (NKBT) with various TiO2 seeding layer thicknesses

NKBT/T-x (x=20, 40 and 60nm) were fabricated on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by an aqueous sol–gel method. The

influence of TiO2 seeding layer thickness on microstructure and electrical properties of the NKBT thin film was

investigated. The X-ray diffraction showed that the degree of a-axis preferred orientation strengthened by adding a

TiO2 seeding layer. The NKBT film with TiO2 seeding layer exhibited the surface morphologies with larger grain

size than that of NKBT film. The remnant polarization (Pr) value was a maximum for the NKBT/T-40 film and

decreased with both decreasing and increasing thickness. Butterfly dielectric behavior has been achieved and can

be ascribed to the ferroelectric domain switching. The piezoelectric measurement indicated that the NKBT/T-40

film with a TiO2 seeding layer thickness of 40 nm has the largest effective piezoelectric coefficient d33* of 66

pm/V. In addition, the NKBT/T-x thin films exhibit lower leakage current density than that of the NKBT film

deposited directly on Pt/Ti/SiO2/Si substrate.

H-P03

底电极 Pt 和 TiN 对原子层沉积制备的 HfO2/TiO2/HfO2 叠层阻变存储器存储性能的影响

曹正义, 王来国, 李鑫, 李爱东, 吴迪

南京大学固体微结构物理国家重点实验室，现代工程与应用科学学院材料科学与工程系 210093

采用原子层沉积技术在 Si/SiO2/Ti/Pt 和 Si/TiN 衬底上制备了 HfO2/TiO2/HfO2 叠层结构的阻变存储器

件，重点研究了 Pt 和 TiN 底电极对叠层结构 RRAM 阻变特性的影响。实验结果表明：Pt/HfO2/TiO2/HfO2/Pt

和 TiN/HfO2/TiO2/HfO2/Pt 叠层结构均表现为双极型阻变。两种结构均显示了较好的抗疲劳特性和数据保持

能力，连续开关 200 次或长达 104

s 的测量过程中，高低阻态保持稳定。XPS 分析结果显示 HfO2和 TiO2

薄膜中分别存在 8.6%和 4.6%的氧空位浓度，HfO2薄膜中氧空位浓度更高，有利于叠层结构 HfO2/TiO2/HfO2

阻变器件导电细丝的形成。底电极 Pt 和 TiN 的不同，对 Forming 电压的极性、高低阻态比值以及阻变操作

电压的一致性产生明显的影响。Pt 衬底的 RRAM 需要一个+7 V 的 Forming 电压，set 电压为+2 V，reset

电压为-0.8 V，高低阻值比达到 105 以上；而 TiN 衬底的 Forming 电压为-4 V，且极性相反，set 电压为-1.5

V，reset 电压为 1.5 V，高低阻值比仅为 102。TiN 衬底上不同阻变存储单元具有更好的开关电压一致性，

且同一存储单元，多次开关操作电压分布也相对较为集中。造成这种差异最重要的原因，是由于绝缘体中

导电细丝的形成，明显被氧空位的分布所影响。TiN 电极是一种亲氧性的电极，临近 TiN 底电极的 HfO2

薄膜中存在着大量的氧空位，容易形成氧空位导电细丝，使得其 Forming 电压为负值且数值较小，并具有

较好的阻变参数一致性。

H-P04

铁电材料中铁电畴的导电性测试

姚检军

牛津仪器（上海）有限公司 200233

铁电畴的导电性测试在最近几年成为越来越热的研究领域。因为铁电畴的微米/纳米尺寸，使得其导电

性测试较为困难。对于传统的畴壁的电流测试，一般采用原子力显微镜中的压电力模式（PFM）和导电模

式（c-AFM)分两步完成，第一步先采用往探针或者样品施加一个交流电激励信号来获得铁电畴的分布信息，

在铁电畴的信号获得之后再往样品施加一个直流电信号来测量电流信号。两步测量的主要问题是热漂移可

能造成两幅图的扫描区域的变化。我们提出了一种新的扫描模式（SWAP),它可以实现一幅图同时采集铁电

畴和电流信号，实现了无漂移测量。它进一步可以实现铁电畴翻转过程中电流状态测试。我们将报道 BiFeO3

薄膜中的铁电畴的单向导电行为，它有别于 BiFeO3 薄膜的畴壁导电，同时我们研究了 BiFeo3 薄膜在极化

翻转过程中这种单向导电畴的导电状态变化。我们还将报道扫描微波阻抗模式来研究铁电畴壁的导电性，

它是一种全新的导电测试，能为材料的研究提供新的研究思路.

H-P05

Bi3.15Nd0.85Ti3O12 铁电陶瓷回线动力学标度

周鹏, 梅之恒, 杨超, 祁亚军, 章天金

湖北大学材料科学与工程学院 430062

畴结构及其极化翻转机制是理解铁电材料各项性能的基础。铁电回线动力学标度利用简单而又明确的

回线面积与电场幅值和频率的关系从宏观上揭示了铁电畴的成核、生长以及翻转等一系列动力学过程，是

研究铁电畴极化翻转机制的重要手段。通常，铁电畴的回线动力学标度关系可以表示为 A∝f aE0

b，指数 a、

b 的大小反应了回线面积与外电场频率和幅值的依赖关系。我们研究了 Bi3.15Nd0.85Ti3O12 铁电陶瓷的回线动

力学标度。结果表明，在低电场幅值 E0条件下，低频和高频标度关系分别为和，其中<A>为电滞回线的面

积，f 和 E0 为外电场频率和幅值。在高电场 E0条件下，低频和高频标度关系分别为和。可见，频率 f 的指

数 a 绝对值几乎相等且数值都很小，表明 BNdT 陶瓷的铁电畴翻转的频率依赖性较弱。更重要的是，四种

标度关系中，只有在高场低频下，a 为正值，表明回线面积随频率的增加而略有增大，即 BNdT 陶瓷中的

铁电畴在此频段内跟得上外电场周期的变化，铁电畴翻转受频率变化的影响不大，说明 BNdT 陶瓷中铁电

畴的在此频段翻转速度较快。而电场幅值的指数 b 在不同区域均为正值，表明回线面积随电场增大而增大。

在高场低频下 b 值最大，表明在此电场范围回线的面积随电场的增大迅速增大。以上的标度行为表明 BNdT

陶瓷的电畴翻转频率依赖性较弱，而增大电场有利于电畴的翻转，这些新发现将对铁电 BNdT 陶瓷器件的

设计和开发提供指导。

H-P06

α相 Ga2O3薄膜的外延生长及日盲光电特性

郭道友, 唐为华, 杨桃, 黄元琪

北京邮电大学 100876

作为一种新型的宽禁带半导体材料，Ga2O3 具有诸多优异的物理特性(如：禁带宽度大，~4.9eV；击穿

电场强度大，~8 MV/cm 等)，在日盲光电探测器、场效应晶体管、自旋电子学器件、LED 等方面具有巨大

的应用前景。[1] 目前报道的 Ga2O3薄膜都以单斜的 β 相为主，而相比于 β 相，六方晶系刚玉结构的 α 相表

现出明显的优势：1）在衬底选择方面，α-Ga2O3 与产业化的 α-Al2O3 衬底晶格匹配度高，在 a 和 c 轴的晶

格失配度分别为 4.6%和 3.0%，容易实现优质外延；2）在器件应用方面，能与 α-Ga2O3实现连续固溶或构

筑异质结构的高匹配度功能材料十分丰富，如：M2O3（M = Cr, Fe, V, Ti, Al, In, Rh 等），这些材料往往各

自具有许多独特的性质。近年来，日本科学家采用超声雾化学气相沉积法在 α-Ga2O3 衬底上成功外延生长

了 α-Ga2O3薄膜，但该化学方法存在一些不足，如：容易混入杂质、实验重复性差等。[2] 本文采用具有超

高背底真空并配有 RHEED 的激光分子束外延技术在 m 面的(300)α-Al2O3衬底上系统地研究了不同温度、

氧压、激光能量、脉冲频率等对 α-Ga2O3薄膜外延生长的影响，找出了最佳的实验参数，制备了沿(300)择

优生长的高质量 α-Ga2O3外延薄膜。同时构筑了基于 α-Ga2O3薄膜的光电探测器，该器件对 365nm 波长的

光并不响应，而对 254nm 波长的光具有显著的光电响应，表现出优异的日盲光电探测特性。

H-P07

Er3+

/Yb3+掺杂 La2O3-TiO2系玻璃的无容器制备与上转换发光性能研究

汪超越

中国科学院上海硅酸盐研究所 200050

上转换发光材料能将低能量的光子转化成高能量的光子输出，在生物探针、平板显示、防伪标识、太

阳能电池等领域存在广泛的应用价值。La2O3-TiO2 系玻璃具有较低的声子能量，有利于上转化发光过程的

发生。然而，在传统的熔体冷却法制备玻璃过程中，熔体易受器壁的诱发成核而结晶，无法制备 La2O3-TiO2

玻璃。本研究采用气悬浮无容器技术，通过气流悬浮物料，消除器壁干扰，同时在激光作用下，实现高温

熔融和快速降温，成功制备出了 Er3+

/Yb3+掺杂的 18La2O3-82TiO2 玻璃，DTA 测试表该玻璃的 Tp 为 868℃，

ΔT 为 63℃；拉曼测试结果表明该玻璃的最大声子能量为 800cm-1，证明该玻璃属于声子能量较低的材料体

系；在 980nm 激光的激发下，该玻璃实现了 550nm、675nm 的绿光和红光输出。荧光光谱测试表明，Er3+

为发光中心，Yb3+作为敏化离子将吸收的光子能量传递给 Er

3+，最后 Er3+通过 ET 和 ESA 过程实现上转换

发光。

H-P08

PMN-PT 织构陶瓷有效压电性能的相场模拟

明辰

中国科学院上海硅酸盐研究所 200050

铌镁酸铅钛酸铅 (PMN-PT)体系因具有极高的压电性能而受到人们的广泛关注。相比单晶体，PMN-PT

织构陶瓷具有可望相比拟的优良压电性能但更低廉的制备成本，具有广阔的应用前景。过去十几年，人们

已经对 PMN-PT 织构陶瓷做了大量的工作，然而得到的压电系数 d33只有单晶体的一半左右。由于织构陶

瓷由大量的微结构如晶粒、气孔等组成，其压电性能受到很多因素影响，且这些因素在制备过程中相互依

赖很难单独调控进而分别研究其影响。本工作利用相场模拟系统地研究了(001)方向织构化的 PMN-PT 压电

陶瓷中各种微结构因素如织构化程度、晶粒形状、气孔和生长模板含量对于其有效压电性能的影响。模拟

中首先采用相场方法模拟生长获得多晶结构，进而以线性压电方程为基础，利用相场方法计算多晶体系的

有效压电性能。结果表明，PMN-PT 的压电性能对于织构化程度十分敏感，当体系中仅有 10%的晶粒随机

分布时，体系的压电系数 d33 下降 30%；生长模板和气孔的加入对于陶瓷的压电性能也有显著影响，其中

生长模板的影响更大：5%体积比 BaTiO3模板的加入可使体系压电系数下降 35%；晶粒形状对于性能的影

响相对较小，但片状的晶粒更有利于压电性能的提高。该研究一方面为利用微结构调控来优化体系压电性

能的实验工作提供参考，另一方面为压电陶瓷有效性能的模拟提供了基于相场模型的新方法。

H-P09

SrTiO3/BaTiO3复合势垒增强多铁隧道结的制备与表征

阮接际, 邱祥彪, 白玉杭

南京大学 210093

人工设计“铁磁/介电/铁电/铁磁”复合势垒多铁隧道结，研究介电层对其遂穿电致电阻效应与遂穿磁致

电阻效应的影响。采用脉冲激光沉积技术在 SrTiO3(001)衬底上制备 La0.7Sr0.3Mn0.8Ru0.2O3(20 nm)/

SrTiO3(4 uc)/BaTiO3(6 uc)/ La0.7Sr0.3MnO3(40 nm)复合势垒多铁隧道结，利用同步辐射 X 射线衍射、原子力

显微镜、压电力显微镜、导电原子力显微镜、超导量子干涉仪等设备对样品进行相关的表征。采取紫外光

刻、离子束刻蚀、剥离等常规的微加工方法对样品进行微加工，形成可以测试的样品点(1200 μm2)。在综

合物性测试系统上测试样品在不同状态下的电学性能。

在“铁磁/介电/铁电/铁磁”复合势垒多铁隧道结中，通过外加电场调控铁电层的极化向上或向下，外加

磁场调控两电极磁化方向平行或反平行，相互组合形成四种不同的状态，分别对应不同的遂穿电阻，可作

为一个四态存储器件。测试结果表明，我们的器件拥有区分明显的四种电阻状态，性能比单纯 BaTiO3 夹

层的多铁隧道结有很大的增强。相比于单纯 BaTiO3 夹层的多铁隧道结，复合势垒多铁隧道结的遂穿电致

电阻效应(TER)与遂穿磁致电阻效应(TMR)都有明显的增强，对于新型的多态存储器件有着重要的意义。

H-P10

非晶 ZnMSnO（M=Al、Ti）薄膜晶体管性能研究

冯丽莎, 江庆军, 叶志镇, 吕建国

浙江大学材料科学与工程学院 310007

薄膜晶体管（TFT）是显示技术的关键与核心器件，与目前商业上使用的氢化非晶硅（a-Si:H）TFT

和低温多晶硅（LTPS）TFT 相比，非晶氧化物半导体（AOS）TFT 更能满足高清晰、全透明和柔性显示的

要求，是未来发展的方向。在 AOS 中，目前研究最多的是 InGaZnO，具有高透过率、较高的迁移率、高

均匀性、可大面积沉积等优点。但 In、Ga 资源有限且本身具有毒性，因而如何开发环境友好型的 AOS 体

系便成为研究热点。本文，我们开发出 ZnMSnO（M=Al、Ti）的 AOS 材料体系。通过溶液燃烧法制备了

性能优异的非晶 ZnMSnO（M=Al、Ti）TFT。将以硝酸物作为氧化剂，以乙酰丙酮作为燃烧剂的前驱体溶

液通过旋涂法沉积于 n++

Si/150 nm SiO2 衬底上，并在 300℃下退火处理，再在制备的薄膜上镀上 Al 电极，

即可得到底栅顶接触型的非晶 ZnMSnO（M=Al、Ti） TFT。当加入的 M 含量在一定范围内，随着 M 的含

量增加，氧空位的数量相应减少，薄膜更加致密化；但是当 M 含量过高时，薄膜缺陷增多，整体质量降低。

以 ZnMSnO（M=Al、Ti）薄膜为沟道层，制备出 TFT 器件，当 Zn:Al:Sn=4:0.5:7 和 Zn:Ti:Sn=4:0.13:7 时，

TFT 器件特性表现最优：开/关电流比为 106 和 10

5，场效应迁移率为 2.33 cm2V

-1s

-1 和 0.77 cm2V

-1s

-1，亚阈

值摆幅为 0.52 V/decade 和 1.13 V/decade，阈值电压为 2.39 V 和 2.14V。Ti 确实能有效抑制薄膜中氧空位的

数量，提高薄膜的质量，优化器件的性能；非晶 ZnMSnO（M=Al、Ti） TFT 可以应用于大面积平板显示

和新型显示技术领域；此外，我们还探讨了非晶 ZnMSnO（M=Al、Ti）TFT 在传感领域的应用，发现其在

生物传感、紫外探测、气敏等方向的有潜在的应用价值。

H-P11

光化学溶液沉积法低温制备 PLZT 铁电薄膜

岳建设 1, 陈源清 2

, 尹小茹 2, 张凯轩 2

, 李祯 1

1. 咸阳师范学院化学与化工学院

2. 西安理工大学材料科学与工程学院

为了防止硅基板在制备 PLZT 集成器件中被氧化，需要降低 PLZT 薄膜的制备温度。本研究在镀有

LaNiO3 电 极的 Si 基板 上， 使用 紫外辅 助化 学溶 液沉 积技术于 500oC 以下 低温 制备 了

(Pb0.95La0.05)(Zr0.52Ti0.48)TiO3 ( PLZT)铁电薄膜，所制备的薄膜具有单一的 PLZT 相和致密的微观结构。结果

显示，空气中的 O2 在紫外线的辐照下产生的臭氧和激发氧有利于薄膜的微观结构。通过紫外辐照，薄膜

的结晶度提高，氧空位降低，与没有辐照的薄膜相比，显著提高了铁电性能。由此得出结论：通过紫外辐

照配合感光技术可显著降低 PLZT 薄膜的结晶温度。

H-P12

DyFe1-xInxO3 中掺杂诱导的磁序维度衰退

杨亚, 康保娟, 任伟, 张金仓, 曹世勋

上海大学理学院物理系 200444

餀鮔矿型稀土正交铁氧体 RFeO3（R 代表稀土元素）因其丰富的磁电现象而备受瞩目，其中有关自旋

重取向现象的研究历久弥新、取得了丰富的成果。对于 DyFeO3，其自旋重取向相变的类型属于 Γ4（GxAyFz）

到 Γ1（AxGyCz），这种相变是整个实空间的遍历的相变，是一种 3 维磁序的相变。通过掺杂 In 离子我们

希望使体系的磁序具有 2 维层状特征，借以研究磁序维度的变化对自旋重取向相变的影响。缀用传统的固

相反应法，按化学计量配比混合各个氧化物原料，多次压片研磨，分别在 800K 和 1500K 温度下烧结 12-48h，

成功合成了 DyFe1-xInxO3(x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1)系列多晶样品。使用 X 射

线衍射技术和精修确定了晶格参数和结构。使用 PPMS 测定了体系的磁性随温度的变化。最后，运用第一

性原理计算，得到了相关的电子结构和态密度结果。（1）当 x≤0.6 时，体系维持正交结构（Pbnm）；当 x

＞0.6 时，体系变为六角结构（P63cm）。（2）总体磁矩表现为随掺杂浓度先增大后减小。（3）自旋重取

向温度提升到接近 100K,并基本保持不变。（4）即使在六角体系中依然观察到自旋重取向现象。（5）x=0.9

时，自旋重取向现象消失。（6）态密度分析显示 Fe 离子和 In 离子之间存在交换相互作用。磁性的 In 离

子破坏了倾角反铁磁结构，使的体系总体磁性先增大后减小。In 离子引入了新的各向异性场，提高了自旋

重取向的相变温度。磁序维度的降低依然可以维持整个重取向相变发生。原因可能是由于 Fe 离子和 In 离

子之间存在 Fe3+

-O2-

-In3+

-O2-

-Fe3+型的超超交换相互作用。

H-P13

Cr、Fe 掺杂 CeO2纳米颗粒的结构与磁性研究

阳生红

中山大学 光电材料与技术国家重点实验室/物理科学与工程技术学院 510275

本文采用溶胶-凝胶法制备了 Cr、Fe 掺杂 CeO2 稀磁半导体纳米颗粒, 运用 X 射线衍射仪(XRD)、扫描

电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）以及综合物性测量系统（PPMS）等仪器对纳米颗粒的结构及物

相、形貌尺寸和磁学性能进行了分析研究。XRD 和 Raman 研究表明，Cr、Fe 掺杂未破坏 CeO2 原有的立

方萤石晶体结构，且样品中没有具有铁磁性的第二相出现。Cr、Fe 掺杂 CeO2 纳米颗粒呈球形，且尺寸均

匀，分散性好，颗粒大小在 40 nm 左右。磁性测试结果表明，Cr、Fe 掺杂 CeO2纳米颗粒样品在低温下具

有较强的饱和磁化强度，在室温下其饱和磁化强度有所降低。所有磁性测量都有磁滞现象，表明 Cr、Fe

掺杂 CeO2 纳米颗粒均具有明显的低温和室温铁磁性。Cr 掺杂 CeO2 纳米颗粒的饱和磁化强度及矫顽力明

显高于 Fe 掺杂 CeO2纳米颗粒。结合 XRD 和 Raman 研究结果，可以认为样品的铁磁性来源于 Cr、Fe 掺

杂 CeO2纳米结构的本征性能。

H-P14

Al2O3 基 CoPtx 纳米晶阻变存储器的存储特性及机理研究

王来国 Wang1,2

, 曹正义 1, 李晨 1

, 李爱东 1, 吴迪 1

1. 南京大学

2. 安庆师范学院

采用原子层沉积技术制备了 Al2O3基 CoPtx纳米晶阻变存储器件，其结构为 Pt/Al2O3/CoPtx/TiN/SiO2/Si。

Al2O3阻变层与 TiN 底电极之间引入一层 CoPtx，研究了 Al2O3 阻变层厚度（5 nm,8 nm）和 CoPtx纳米晶尺

寸对阻变存储器电学性能的影响。实验结果表明：相对于单一 Al2O3 层阻变器件，Al2O3基 CoPtx纳米晶器

件的开关电阻和开关电压，具有较好的单分散性，且其操作电压以及重置电流均明显低于单一 Al2O3 结构，

很好地满足了存储器件的低功耗要求。在较小电压长时间作用下，其高低阻值比≧20，且髙低阻态基本保

持不变，能有效地防止误擦写操作。Al2O3 基 CoPtx纳米晶器件还展示了较好的抗疲劳特性（>104 循环次数），

在室温和 85 °C 下表现出较好的数据保持特性（>105 秒）。对不同粒径 CoPtx金属纳米颗粒对提高器件稳

定性以及导电细丝形成的影响做了分析。其性能改善与 CoPtx 纳米晶所在的 Al2O3 阻变薄膜位置处形成了

较强的局域电场有关，进而控制导电细丝的形成位置和生长方向，使形成的导电细丝更加稳定，在反复擦

写过程中导电细丝断开和接上的位置基本不变，使得器件电学性能参数分布趋向集中。

H-P15

高储能密度钛酸锶钡／玻璃复合陶瓷

邱维君

浙江大学 310027

制备具有高击穿场强和储能密度(1-x)Ba0.4Sr0.6TiO3－x57%SiO2-17%Al2O3-15%B2O3-9%ZnO-2%K2O 复

合陶瓷方法：放电等离子烧结。添加玻璃相能降低烧结温度、减少气孔、提高样品的致密度和击穿场强。

并且随着玻璃含量的增加击穿场强显著增大，样品的储能密度和效率能有效提高。添加质量分数为 5%的

Ba0.4Sr0.6TiO3 陶瓷致密度达到 99.9%，击穿场强和储能密度为 440 kV/cm 和 2.00 J/cm3 。利用放电等离子

烧结的低温快速致密化烧结，及添加玻璃相的液相烧结，样品的致密度、击穿场强和储能密度显著提高。

H-P16

二氧化钒纳米粉体制备及其热致相变性能研究

嵇海宁, 刘东青, 程海峰, 邢欣, 张朝阳

国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室 410073

二氧化钒(VO2)是一种热致变色氧化物，在 68℃时发生由绝缘体态向金属态的转变，同时伴随着光学、

电学等物理性质的突变，具有优异的热致相变性能。以五氧化二钒为钒源，草酸为还原剂，采用水热法一

步制备 VO2粉体，并采用 X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜（SEM）、X 射线光电子能谱(XPS)、傅里叶

红外光谱仪(FTIR)等对其晶型、形貌和价态进行了表征分析。利用差示扫描量热(DSC)分析、变温 XRD 分

析对其热致相变性能进行了分析测试。结果表明通过优化制备工艺制备出的 VO2 粉体为四价单斜相，相变

温度在 68℃附近，粉体颗粒为纳米级，相变时 VO2 晶体结构由低温单斜相变为高温四方相。采用一步水

热法制备出的纳米 VO2 粉体具有优异的热致相变性能，在光、电功能材料和器件领域具有广阔的应用前景。

H-P17

Photoluminescence and temperature dependent electrical properties of Er-doped 0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3

ceramics

Bin Hu 1, Zhao Pan

2, Ming Dai

1, Fei-Fei Guo

3, Huanpo Ning

4,*, Zheng-Bin Gu

1, Jun Chen

2, Ming-Hui Lu

1,

Shan-Tao Zhang 1,*, Bin Yang

3, Wenwu Cao

3,5

1 Department of Materials Science and Engineering & National Laboratory of Solid State Microstructures,

Nanjing University, Nanjing 210093, China 2 Department of Physical Chemistry, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

3 Condensed Matter Science and Technology Institute, Department of Physics, Harbin Institute of Technology,

Harbin 150001, China 4 School of Engineering and Materials Science, Queen Mary University of London, Mile Road, London, E1 4NS,

United Kingdom 5

Department of Mathematics and Materials Research Institute, The Pennsylvania State University, University

Park, PA 16802, USA

Er-doped 0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3 (BNT-6BT:xEr, x is the molar ratio of Er3+

doping) lead-free

piezoceramics with x = 0~0.02 were prepared and their multifunctional properties have been comprehensively

investigated. Our results show that Er-doping has significant effects on morphology of grain, photoluminescence,

dielectric, and ferroelectric properties of the ceramics. At room temperature, the green (550 nm) and red (670 nm)

emissions are enhanced by Er-doping, reaching the strongest emission intensity when x = 0.0075. The complex

and composition-dependent effects of electric poling on photoluminescence also have been measured. As for

electrical properties, on the one hand, Er-doping tends to flatten the dielectric constant-temperature (er-T) curves,

leading to temperature-insensitive dielectric constant in a wide temperature range (50-300°C). On the other hand,

Er-doping significantly decreases the ferroelectric-relaxor transition temperature (TF-R) and depolarization

temperature (Td), with the TF-R decreasing from 76°C to 42°C for x = 0 to x = 0.02. As a result, significant

composition-dependent electrical features were found in ferroelectric and piezoelectric properties at room

temperature. In general, piezoelectric and ferroelectric properties tend to become weaker, as confirmed by the

composition-dependent piezoelectric coefficient (d33), planar coupling factor (kp), and the shape of

polarization-electric field (P-E), current-electric field (J-E), bipolar/unipolar strain-electric field (S-E) curves.

Furthermore, to understand the relationship between the TF-R/Td and the electrical properties, the composition of x

= 0.0075 has been intensively studied. Our results indicate that the BNT-6BT:xEr with appropriate Er-doping may

be a promising multifunctional material with integrated photoluminescence and electrical properties for practical

applications.

H-P18

An Interface Charge Model for Ferroelectric Field Effect Transistor

Yongguang Xiao1,2

, Jiang Wang1,2

, Yanhong Lu1,2

1. Hunan Provincial Key Laboratory of Key Film Materials & Application for Equipments, School of Material

Sciences and Engineering, Xiangtan University, Xiangtan, 411105, Hunan, China

2. Hunan Provincial Key Laboratory of Thin Film Materials and Devices, School of Material Sciences and

Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, Hunan, China

An interface charge model for ferroelectric-gate field-effect transistor (FeFET) is developed by combining the

basic device equations of metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with the polarization characteristics

of ferroelectric thin films. This model presents the characteristics of FeFET considering interface charge between

the ferroelectric thin film and the insulator layer. Simulations demonstrate that the interface charge will cause the

surface potential of the semiconductor and the drain current left shift, and the memory windows are narrow down,

which are leaded by the space charge of the surface of the semiconductor. Meanwhile, the value of polarization

almost does not change in FeFET. Furthermore, the simulation of FeCMOS indicates that the output voltage will

left shift, and the memory window is narrow down as the interface charge increases.

H-P19

白光 LED 用单基质荧光粉 Ba2SrLa(PO4)3:Tm3+/Dy3+的发光和能量转移研究

王超, 王吉有, 冯洋, 段苹, 刘红梅

北京工业大学 100124

白光 LED 因其长寿命、节能高效、绿色环保的优点，被誉为第四代照明光源，应用前景广阔。实现

方法主要为蓝色 LED 照射黄色荧光粉 YAG:Ce3+，但其存在颜色匹配的问题。另一种为紫外近紫外激发红

绿蓝三基色混合荧光粉，其白光色纯度不高，因此研究热点被寻找单一基质白光荧光粉所取代。Dy3+离子

发射黄光和蓝光，混合光的色坐标穿过白光区域，通过掺杂 Tm3+离子进行颜色调节。本文对适用于白光

LED 荧光粉的 Dy3+

/Tm3+共掺杂 Ba2SrLa(PO4)3磷酸盐的制备及发光进行研究。

Ba2SrLa1-x-y(PO4)3:xTm3+

-yDy3+采用高温固相法制备,在 1250℃烧结 3 小时。用 X 射线衍射仪对材料结

构进行测试，荧光光谱仪测试样品的激发光谱、发射光谱。单掺 Dy3+的激发光谱与单掺 Tm

3+的发射光谱

有明显的重叠区域。Tm3+和 Dy

3+共掺样品的激发光谱中出现明显的增强区域。在 359nm 激发下，Tm3+掺

杂浓度不变，随着 Dy3+掺杂浓度的增加，Tm

3+的特征峰（ 1D2→

3F4）逐渐减弱，而 Dy

3+的特征峰（4F9/2→

6H15/2,

4F9/2→

6H13/2）在逐渐增强，利用 Tm

3+离子与 Dy3+离子之间的能量传递，通过调节掺杂浓度并且在合适的

波长的激发下，发现有明显的从蓝色到白色进而又到黄绿色的颜色变化趋势。其中，在 350nm 激发下，样

品 Ba2SrLa1-x-y(PO4)3:0.05Tm3+

-0.04Dy3+

的色坐标为（0.324，,0340），这已经和标准的白光（0.33,0.33）

很相近。荧光粉 Ba2SrLa(PO4)3:Tm3+

/ Dy3+ 中存在 Tm3+离子到 Dy3+离子的能量传递。荧光粉

Ba2SrLa1-x-y(PO4)3:0.05Tm3+

-0.04Dy3+可以在 350nm 激发下，获得色坐标为（0.324，,0340）的单一基质白光

荧光粉，因此，该研究具有潜在的应用价值。

H-P20

Co2+掺杂 YPO4:Eu

3+荧光材料的水热合成与性能

曾晓岛 1,2, 贾晓卉 1,2

, 朱莉萍 3, 杨锦瑜 1,2

1. 贵州师范大学化学与材料科学学院

2. 贵州省功能材料化学重点实验室

3. 贵州师范大学职业技术学院

采用水热法成功合成了 Co2+、Eu

3+共掺杂 YPO4荧光材料，并采用 X 射线衍射(XRD)、X 射线电子能

谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和荧光光谱等对合成产物的物相结构、化学成分、元素价态和

光学性能进行研究。结果表明，采用水热法合成样品均为纯相的四方晶系磷钇矿结构 Co2+、Eu

3+共掺杂

YPO4晶体，在紫外光激发下可以有效地发射出 Eu3+特征橙红色光，其荧光寿命约为 4.6 ms。少量 Co

2+、

Eu3+共掺杂对合成产物物相结构并没有明显影响，但对合成产物荧光性能却有着重要影响，所制备

YPO4:2 % Eu3+

, 0.10 % Co2+ 样品位于 595 nm 处的发射峰强度比 YPO4:2 % Eu

3+样品强约 21.1 %，并对其可

能原因进行了探索。

H-P21

c 轴取向 M 型钡铁氧体薄膜的磁性能和微波性能研究

陈大明, 陈永, 曹博凯, 侯博

海南大学 材料与化工学院 570228

M 型钡铁氧体（BaFe12O19, BaM）薄膜不仅具有高矫顽力、高饱和磁化强度，而且拥有高的剩磁、可

调整的磁各向异性场、低的微波损耗（低的铁磁共振线宽）。因此，近年来，BaM 薄膜的制备及其在毫米

波器件中的应用引起了广泛的关注。溶胶凝胶法是一种制备薄膜的常用的化学方法，与其他制备薄膜（磁

控溅射、PLD、LPE 等）的方法相比，溶胶凝胶法具有非常大的优点：可制备大面积且面积可调的薄膜；

工艺中成分是在分子水平上混合，反应活动性高；且成分易控制，可随意的掺杂改性；制备工艺简单、成

本低，工艺中不需要真空气氛；可分步热处理，有效的防止不同物质的挥发问题，因此易获得较好的薄膜。

为了能得到高饱和磁化强度、低损耗的 BaM，采用溶胶凝胶法制备 BaM 薄膜，通过优化乙二胺四乙酸

（EDTA）和金属阳离子的比例、转速、烧结温度、烧结气氛等工艺，制备出优化工艺后的薄膜：它的平

均（avg）和二次平方根（rms）粗糙度的值分别为 6.95±1.5nm 和 8.92±1.94nm；单个晶粒的生长状况是阶

梯层状的，每一层的高度为 2.28nm，晶粒沿 c 轴生长的取向度为 94%；饱和磁化强度为 4204Gs，剩磁比

为 96%，磁各向异性场为 16.5kOe；铁磁共振线宽随共振频率呈 W 型变化，而且这些线宽均小于 180Oe。

在 50 GHz 时最小，为 118Oe，在 60 GHz 时最大，值为 173Oe。这些研究结果说明该 BaM 薄膜具有优良

的磁性能和低的微波损耗，能够应用在毫米器件（隔离器、环行器和滤波器等）中。

H-P22

ZnO 中激活能为 0.35eV 的弛豫

汪春昌, 刘丽娜

安徽大学物理与材料学院介电功能材料实验室，合肥 230601 230601

在 ZnO 材料中，在室温以下存在一个标志性的介电的弛豫，其激活能为 0.35eV。大多数研究者认为

该弛豫是由一次电离的氧空位引起的，但最近理论计算表明，由于+1 价的氧空位在 ZnO 中是不稳定的，

一次电离的氧空位在 ZnO 中不存在。这对 0.35eV 的弛豫机理的正确性提出了质疑。我们在 ZnO 单晶和陶

瓷中，对 0.35eV 的弛豫进行了对比研究，结果发现：在陶瓷样品中 0.35eV 的弛豫可以被氮气退火消除，

之后又能被氧气退火再生；在单晶样品中，不管是氮气还是氧气退火，只要退火温度高于 600oC, 该弛豫

都会被消除。这些结果表明：0.35eV 的弛豫是一种极化子弛豫，极化子是空穴产生的，而空穴来源于 Zn

空位的电离。

H-P23

SrBi2Ta2O9的化学键性质和自发极化强度

肖小红, 李世春

中国石油大学（华东）机电工程学院 266580

从晶体化学键的角度分析化学键性质与铁电体自发极化之间的关系，从而探究铁电体中原子之间的键

合状态对自发极化的影响。通过原子环境计算方法分析了正交相 SrBi2Ta2O9晶体的键络结构，空间配位情

况及局域团簇结构。在此基础上，结合晶体分解理论将 SrBi2Ta2O9晶体分解为多个二元赝晶体，根据化学

键介电理论计算得到各赝晶体对应的化学键的有效价电子密度，离子性等化学键性质。并通过键偶极矩建

立了化学键性质与铁电体自发极化强度之间的关系，进而分析正交相 SrBi2Ta2O9 晶体的自发极化现象。

从局域团簇结构来看，Ta 周围 6 个 O 原子，壳层厚度为 0.29 埃；Bi 周围 6 个 O 原子，壳层厚度为

0.47 埃；Sr 周围 12 个 O 原子，壳层厚度为 0.51 埃。SrBi2Ta2O9晶体分解为 20 个二元赝晶体，计算得到相

对应各化学键的化学键性质及键偶极矩。从单键的键偶极矩来看，Ta—O 键的键偶极矩较大，Sr—O 的键

偶极矩较小。建立了化学键性质与自发极化强度之间的关系，并计算得到正交相 SrBi2Ta2O9沿 a 轴方向的

自发极化强度为 14.59μC/cm2。由各化学键的键偶极矩得到 TaO6氧八面体对自发极化的贡献最大；计算得

到的正交相 SrBi2Ta2O9 的自发极化强度与实验值和其他理论计算结果吻合较好。

H-P24

利用 Na 离子注入提升 SnO 薄膜的 p 型导电性

杨铁莹, 赵俊, 李晓龙, 高兴宇, 薛超凡, 吴衍青, 邰仁忠

中国科学院上海应用物理研究所 201204

Na+离子半径与 Sn

2+离子半径非常接近，对 SnO 薄膜是理想的 p 型掺杂源。但是由于 SnO 相的不稳定

性和 Na+的高化学活性，导致 Na 掺杂非常困难。本文通过离子注入实现对 SnO 薄膜的 Na 掺杂，进而提

高其 p 型导电性能。利用射频磁控溅射方法直接制备了 p 型透明导电 SnO 薄膜，对 SnO 薄膜注入 Na 离子

并在 200°C 下真空退火。系统的研究了 SnO 薄膜生长和注入条件，并仔细表征了薄膜的电学性质、光学性

质、微结构和表面形貌。经过 Na 离子注入并在 200°C 下真空退火后，SnO 薄膜的 p 型电导率得以提高，

光学透过率略有降低。SnO 薄膜 p 型电导率的提高比预期的要小，这是由于 Na 离子注入后，虽然空穴浓

度增加，但是同时注入导致薄膜结晶质量变差，进而导致空穴迁移率降低，所以总体电导率提高有限。SnO

薄膜的微结构对提高薄膜 p 型电导率至关重要，控制 Na 注入过程对 SnO 薄膜的结构损伤对于获得高电导

率 p 型 SnO 薄膜至关重要。