BiFeO3/SrTiO3/BiFeO3多层膜中极化涡旋网络的精准表征与调控机制研究

为解决铁电涡旋在纳米电子器件应用中身份识别难题，研究人员通过设计BiFeO3/SrTiO3/BiFeO3多层薄膜体系，成功在顶层BiFeO3诱导八种极化变体。结合X射线衍射（XRD）、倒易空间映射（RSM）和扫描透射电镜（STEM）证实外延生长质量，利用压电力显微镜（PFM）实现极化纹理图谱解析，创新性通过多晶面投影策略揭示了涡旋真实构型，为复杂铁电拓扑结构操控提供新范式。

　　

在低维铁电氧化物中，铁电涡旋（Ferroelectric vortex）因其在纳米电子器件中的功能潜力引发研究热潮。菱方相BiFeO₃（BFO）凭借稳定的极性涡旋构型成为数据存储器件优选材料，但其涡旋身份识别仍存在挑战——尤其在具有全部八种极化变体（polarization variants）的复杂体系中。当BFO仅显示两种面外极化分量时，仅通过(001)晶面投影可能导致涡旋真实构型误判。

这项研究巧妙设计出SrTiO₃（STO）衬底上的BFO/STO/BFO多层薄膜结构，成功在顶层BFO诱导八种极化变体。X射线衍射（XRD）与倒易空间映射（RSM）数据验证了高质量外延生长，扫描透射电镜（STEM）进一步确认结构完整性。研究人员突破传统单晶面分析局限，运用压电力显微镜（PFM）对表层极化域进行成像，并通过多维度极化投影策略（包括非(001)晶面）精准解析涡旋-反涡旋（vortex-antivortex）网络构型，为铁电拓扑结构的精确操控开辟了新途径。