华南先进光电子研究院陈德杨课题组在《Matter》发表重大原创性成果

 

近日，我校华南先进光电子研究院先进材料研究所陈德杨副研究员在氧化物薄膜领域取得了重要研究进展，实现了突破基片限制获得外延氧化物薄膜中的应变工程，相关成果以通讯作者在Cell姊妹刊《Matter》上发表题为“Strain engineering of epitaxial oxide heterostructures beyond substrate limitations”的研究论文 [Matter 4, 1323-1334 (2021)文章链接: https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00061-8]。我校是该论文的第一完成单位，为该研究做出主要贡献的研究生包括邓雄、陈超、尹小哲、孙菲、李才文等同学，主要合作者包括华南师范大学高兴森、陆旭兵和周国富等教授、香港理工大学Ye Zhu教授、香港科技大学Ning Wang教授、南方科技大学陈朗教授、中国科技大学罗震林教授、中科院高能所陈雨教授和南京大学刘俊明教授等。该研究受到了国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金、广东省科技计划项目、广东省自然科学基金和广州市珠江科技新星等项目的支持。

氧化物薄膜中应变工程与晶格、自旋、电荷和轨道之间的相互耦合作用，带来了各种奇特的物相，并衍生出丰富多彩的新颖功能特性。例如，应变工程作为一种强有力的工具，不仅能构建出材料的新基态并改善材料的电学、磁学性能，还能显著提高超导、铁电和铁磁居里温度。然而，商用基片的数量少(只有20种左右)和无法获得连续可调的应变是目前应变工程所面临的两大难题，阻碍了应变工程在氧化物薄膜中充分施展拳脚，也不利于更深入、更全面的探索材料的新性能、新物理和新器件。

该研究提出了新的策略来同时解决这两大难题，成功实现了突破基片限制在氧化物薄膜中获得连续可调的巨大外延应变。以多铁性材料BiFeO₃为例，通过界面层的引入，在多种不同的基片上实现了BiFeO₃的超四方相并构建了准同型相界；对界面层应变释放的进一步精确调控，获得连续可调的应变状态，在单一基片上实现了BiFeO₃的正交-菱方-四方连续相变(如晶体结构图所示)，构筑了BiFeO₃的全相图。这一研究成果可以拓展到各类氧化物薄膜中，提出了一种突破商业基片种类限制的新方法，有利于激发新材料基态、揭示新物理图像、构建新器件原型。利用该成果，只需使用相应的多晶靶材生长应变释放的界面层，就能够取代昂贵的商业基片(如DyScO₃等)，并且可以极大地丰富尚未商业化基片的种类，从而拓宽氧化物薄膜和器件领域的研究。

陈德杨副研究员，华南理工大学和加州大学伯克利分校联合培养博士，2015年9月获得华南理工大学工学博士学位；2016年1月加入华南先进光电子研究院先进材料研究所高兴森教授团队；2018年3月入选华南师范大学“青年拔尖”引进人才；2019年5月入选广州市珠江科技新星，同年6月入选“香江学者计划”。入职华师以来，以第一作者或通讯作者发表SCI论文16篇，包括Matter、 Nano Letters (2篇)、 Materials Today Physics、 Nanoscale等国际知名期刊；以华师为依托单位，作为项目负责人获批国家自然科学基金3项(国家自然科学基金重大研究计划培育项目、国家自然科学基金大科学装置联合基金培育项目和国家自然科学基金青年项目)、省部级项目2项(广东省科技计划国际合作项目和广东省自然科学基金博士启动项目)、博士后基金2项(博士后基金面上项目和博士后国际交流计划学术交流项目)以及市厅级项目2项(广州市珠江科技新星专项和广东省教育厅特色创新类项目)。

以上突破性成果的取得，得益于我校高端人才引育政策和国家级国际科技合作平台的重要支撑，展现了我校师资培养工作以及基础学科研究的最新进展。相关课题的持续深入研究将进一步夯实我校“双一流建设学科”物理学的科研力量。

 

BiFeO₃的正交-菱方-四方连续相变示意图

 

论文链接：https://authors.elsevier.com/a/1cgb59CyxcxOAg

 

供稿：华南先进光电子研究院  

审核人：陈必华