通过非c轴取向调控增强Aurivillius BaBi4Ti4O15薄膜畴壁电流的策略研究

《Journal of Alloys and Compounds》：Enhanced domain wall currents via non- c-oriented crystallinity in Aurivillius BaBi 4Ti 4O 15 thin films

本文系统研究了非c轴取向结晶对Aurivillius BaBi4Ti4O15（BBTO）铁电薄膜畴壁电流的调控机制。研究发现通过低温沉积引入的非c轴晶畴可形成高导电性的90°畴壁，其电流密度显著优于180°畴壁，为开发基于畴壁的非易失性存储器提供了新思路。

　　

亮点

通过调控Aurivillius BaBi₄Ti₄O₁₅薄膜的非c轴取向结晶性，我们成功增强了畴壁电流。非c轴晶畴与c轴晶畴形成的90°畴壁因产生电子或空穴载流子，展现出比180°畴壁更高的导电性，这为畴壁型存储器设计开辟了新路径。

实验方法

采用脉冲激光沉积（PLD）技术在玻璃基底上制备BBTO薄膜。通过插入TiO₂缓冲层优化Pt底电极结晶度，并利用日食PLD技术调控沉积速率。薄膜结构通过X射线衍射（XRD）表征，电学性能通过压电力显微镜（PFM）和导电原子力显微镜（CAFM）分析。

结果与讨论

低温沉积的BBTO薄膜呈现c轴与非c轴混合取向。非c轴晶畴通过形成垂直于c轴的极性轴，显著提升铁电与压电性能。c轴晶畴形成180°畴壁，电流较小；而非c轴晶畴与c轴区域间形成的90°畴壁因载流子富集，电流增强约50倍。这种晶向调控策略为功能性畴壁器件提供了新思路。

结论

Aurivillius BBTO薄膜中非c轴结晶度的引入有效促进了90°畴壁的形成，从而显著提升畴壁电流。这一发现为通过晶向工程设计高性能畴壁电子器件提供了重要参考。