1
2
3
4
鐵酸鉍（BiFeO3）同時具有鐵電性和反鐵磁性，是非常罕見的室溫多鐵性材料。自2003年這一特性被證實后，鐵酸鉍材料引起了學界的廣泛關注和深入研究，它的結構—性能關聯和調控一直是鐵電和多鐵領域的焦點。近期，結合團隊在該領域的研究成果，材料學院教授林元華等人系統總結了多鐵材料鐵酸鉍中基于疇工程的調控手段，綜述了疇工程在調控電學性能、磁電耦合和光學特性方面的重要作用。
鐵酸鉍材料具有很多優異的性能。它的鐵電性非常強，大的自發極化和高的居里溫度使得其在鐵電存儲、壓電換能、介電儲能等領域有廣闊應用前景；它在單相中擁有鐵電、鐵磁兩種序參量，在磁電耦合和低能耗的電控磁方面很有潛力；它的能帶較傳統鐵電體小，與可見光波段適配較好，因此其在鐵電光伏、光致伸縮等方面也頗具研究價值。
鐵酸鉍中基于疇工程的主要調控手段
在鐵性材料中，一個區域內序參量（如鐵電材料的自發極化、鐵磁材料的自發磁化）大小、方向一致，稱為疇。鐵酸鉍的眾多優異性能都直接或間接地與其疇結構有關，因此疇工程在鐵酸鉍材料的性能調控和優化中具有極為重要的地位。同時，疇壁（相鄰疇之間的界面）處由于序參量處在非平衡位置，存在不同尋常的新奇物理現象，諸如異常高的電導、反常光伏效應等，這方面的研究與疇結構也緊密相關，近年來迎來了快速的發展。
鑒于疇結構在鐵酸鉍材料物性調控的中樞地位，本工作在疇—性能關聯的框架下系統總結了鐵酸鉍各類性質的提升策略，并對進一步的研究做了展望，研究成果以“鐵酸鉍中基于疇工程的可控電學、磁電和光學性能”（Controllable electrical, magnetoelectric and optical properties of BiFeO3 via domainengineering）為題3月18日在線發表在材料領域著名學術期刊《材料科學進展》（Progress in Materials Science）。
材料學院林元華教授、南策文院士團隊在包含鐵酸鉍在內的多鐵和鐵電功能材料領域深耕20余年，在介電、磁電、光電和功能性疇壁等方面進行了一系列基礎研究和應用探索，相關論文發表在《科學》（Science）、《自然·納米技術》（Nature Nanotechnology）、《自然·通訊》（Nature Communications）、《先進·材料》（Advanced Materials）等期刊上，引起學界的廣泛關注。
材料學院2020級博士生劉亦謙為論文第一作者，其他重要貢獻者包括材料學院2020屆博士畢業生潘豪（現為加州大學伯克利分校博士后）、北京航空航天大學王瑤副教授、昆明理工大學馬吉副教授、江蘇大學李順教授。相關研究工作受國家自然科學基金委和科技部國家重點研發計劃支持。
