在硅上单片生长的 BaTiO3/SrTiO3 超晶格中的周期性极化涡旋

《Nature Communications》：Periodic polar vortices in BaTiO3/SrTiO3 superlattices monolithically grown on silicon

　　

摘要

铁电超晶格中的极性纹理迄今几乎仅在基于 PbTiO₃ 的系统中报道过，且主要位于氧化物基底上。鉴于其纳米级尺寸和涌现功能，若利用与互补金属氧化物半导体兼容的材料在硅上实现旋涡状拓扑极性纹理，将尤为引人注目。在此，我们展示了在硅上外延生长的 BaTiO₃/SrTiO₃ 超晶格中涡旋管的稳定化。BaTiO₃ 每一层中的涡旋沿 <\(110\)>_BaTiO3 晶格方向排列，形成面内 90 度条纹图案。相场模拟表明这种极性构型代表系统的基态，并通过温度依赖的 X 射线衍射进一步验证。相场模拟显示了畴形态对应变的强依赖性，并突出了 BaTiO₃ 和 SrTiO₃ 层之间的弹性和静电耦合。我们的发现扩展了已知能承载极性拓扑纹理的材料和基底平台，为将复杂铁电状态与基于硅的技术集成开辟了新机遇。