中国教育在线
中国教育在线
《科学》+1!盘点西安交大近期6篇《科学》
2019-10-28 14:41:00
西安交通大学
作者:

  西安交大研究成果在《科学》刊发

  发现单晶铁电氧化物薄膜超弹性行为


  北京时间2019年10月25日,美国《科学》杂志在线发表了西安交通大学电信学部刘明教授课题组和材料学院丁向东教授课题组的最新合作论文:

  Super-elastic ferroelectric single-crystal membrane with continuous electric dipole rotation《具有连续电偶极旋转的超弹性铁电单晶薄膜》。

  铁电材料介绍

  铁电材料是一种具有自发极化,且能够实现机械能和电能转换的功能材料,在磁电互调、机械驱动、压力传感和数据存储等领域具有广泛的应用。柔性电子技术正带来一场智能可穿戴技术革命,而铁电材料将在柔性电子领域将扮演重要角色。由于存在缺陷、晶界以及氧化物离子键/共价键本身延展性相对较小等问题,块体铁电氧化物表现出一定脆性和刚性。如何克服这些困难,在铁电薄膜中实现超弹性和柔性并将其应用在柔性电子器件中是目前亟待解决的问题。

  研究成果


  图A-C BaTiO3薄膜转移前/后晶体结构示意图、RSM及光学照片;

  图D BaTiO3/Pt/Si的面外PFM相位图;

  图E 自支撑BaTiO3薄膜的STEM图像;

  图F 原位SEM弯曲测试;

  图G 原子模拟计算加载卸载过程弯矩与应变的关系;

  图H 弯曲前/后铁电极化的演变图。

  聚焦此关键科学问题,西安交大刘明教授团队和丁向东教授团队合作,对铁电单晶薄膜材料柔性和弹性的力学行为进行了深入研究,并取得了重大突破。研究采用水溶性的Sr3Al2O6作为牺牲层,制备并剥离出大面积的自支撑BaTiO3 (BTO)单晶铁电薄膜。

  实验发现:

  1、通过纳米机械臂对其进行原位弯曲实验,发现BTO薄膜能够实现180°折叠,其承受的最大弯曲应变高达~10%。

  2、在对其进行大角度压缩后,随着外力撤去,BTO薄膜的形状能够回弹,展现出超弹性行为。

  3、采用原子模拟计算发现,BTO薄膜的超弹性可能起源于铁电纳米畴在大应变梯度下a和c铁电畴的可逆翻转。同时在a和c铁电畴之间产生了极化的连续翻转,有效降低了能量势垒,避免了因为畴翻转而可能导致的断裂。另外在弯曲状态下,大应变梯度也将诱导出显著的绕曲电效应,实现基于力电耦合的功能器件一体化,从而进一步加强基于柔性单晶铁电薄膜相关器件的功能性。

  基于本研究结果,可以预期其他铁电体中也应该存在类似力学行为,为其他铁电单晶薄膜中实现超弹性提供了实验依据。此外,具有超弹性的柔性铁电薄膜也是良好的电场调控介质,将其与柔性铁电薄膜复合,可避免传统多铁薄膜异质结中存在的衬底束缚作用,并显著提高磁电耦合效应,为未来开发新型小电场可调的柔性磁电器件奠定基础。

  这项工作有望使具有柔性、弹性的铁电薄膜应用于柔性传感器、存储器、电子皮肤等领域。

  该工作西安交通大学为第一和唯一通讯作者单位。电信学部董国华博士、材料学院李苏植教授和电信学部姚谋腾博士生为共同第一作者。刘明教授、周子尧教授及丁向东教授为共同通讯作者。论文作者还包括清华大学南策文教授、西安交通大学孙军教授和任巍教授、加拿大西蒙菲莎大学叶作光教授、中国科学院深圳先进技术研究院李江宇教授、中科大罗震林副教授、美国宾夕法尼亚州立大学陈龙庆教授及美国麻省理工大学李巨教授等。特别感谢微纳尺度材料行为研究中心张永强同学在电镜原位表征方面的技术支持,感谢分析测试共享中心长期提供的技术支持,感谢贾春林科学家工作室提供的微结构分析平台,感谢西安交大高算中心提供的计算资源支持,工作得到国家基金委和科技部的支持。

  振奋!

  一年来,西安交通大学

  在《科学》杂志刊发6篇论文!

  在材料学、生命科学等领域取得重大进展!

  张伟教授团队最新成果在《科学》刊发

  北京时间2019年8月23日,美国《科学》杂志在线发表了西安交通大学与深圳大学、美国约翰霍普金斯大学的合作论文《超低噪声与漂移的相变异质结存储器》(Phase-change heterostructure enables ultralow noise and drift for memory operation)。

  西安交通大学材料学院金属材料强度国家重点实验室微纳中心(CAMP-Nano)张伟教授与深圳大学饶峰教授和美国约翰霍普金斯大学马恩教授通力合作,提出了一种新式的相变异质结(PCH)设计,在面向高精度神经元计算应用的相变存储材料与器件研究方面取得重要进展。

  单智伟教授研究团队最新研究成果在《科学》刊发

  北京时间2019年7月5日,《科学》杂志刊发西安交通大学单智伟教授团队最新研究成果:塑性差并不是镁的固有属性,通过提高流变应力(如通过细化晶粒或提高应变速率)来促进位错形核和滑移,可能是行之有效的增塑方法。

  李飞教授、徐卓教授团队科研成果登《科学》杂志


  北京时间2019年4月19日,西安交大研究团队(西安交通大学为第一单位)与美国宾夕法尼亚州立大学、澳大利亚伍伦贡大学、美国北卡州立大学等单位合作,在Science 在线发表题为“Giant piezoelectricity of Sm-doped Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals”的研究论文,在弛豫铁电单晶材料高性能化研究方面取得了重大突破。

  程海教授团队科研成果登《科学》杂志

  北京时间2018年12月14日,《科学》杂志刊登了西安交通大学全球环境变化研究院程海教授等的最新研究成果——葫芦洞石笋记录的末次冰期大气14C/12C变化(Atmospheric14C/12C changes during the last glacial period from Hulu Cave)。


  该研究成果提供了一条高精度、分辨率和最长尺度的Δ14C变化记录,首次建立了过去5.4万年以来高精度的14C和230Th年龄对应关系,是该领域具有里程碑意义的新进展。在14C年龄校正到绝对日历年龄方面,以及全球变化、考古、大气-海洋碳循环等研究领域具有重要意义;同时也大大提高了17年前就已经蜚声中外的葫芦洞石笋氧同位素记录的分辨率和230Th年代的精准度,为全球变化研究提供精准的过去5.4万年以来的年代学标尺。

  《科学》杂志发表叶凯教授团队主导的国际合作研究成果

  北京时间2018年8月31日,西安交通大学叶凯青年科学家工作室团队、英国约克大学Ian Graham院士团队、英国Sanger研究所宁泽民研究员合作的学术论文“The opium poppy genome and morphinan production”在《科学》杂志发表。

  本项研究在国际上首次公布鸦片罂粟的高质量全基因组序列,揭示其进化历史上主要加倍和重排事件,阐明吗啡类生物碱、合成基因簇的进化历史,为进一步开发鸦片罂粟药用价值和揭示罂粟科乃至早期双子叶植物进化历史奠定了重要基础。

免责声明:

① 凡本站注明“稿件来源:中国教育在线”的所有文字、图片和音视频稿件,版权均属本网所有,任何媒体、网站或个人未经本网协议授权不得转载、链接、转贴或以其他方式复制发表。已经本站协议授权的媒体、网站,在下载使用时必须注明“稿件来源:中国教育在线”,违者本站将依法追究责任。

② 本站注明稿件来源为其他媒体的文/图等稿件均为转载稿,本站转载出于非商业性的教育和科研之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转载稿涉及版权等问题,请作者在两周内速来电或来函联系。

相关新闻
中国教育在线 2020-06-24 09:12:00
西安交通大学 2020-06-22 12:30:00
西安交通大学 2020-06-16 13:55:00
中国教育在线 2020-06-11 21:57:00