【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米铁电材料，特别是涉及一种中心型拓扑畴的诱导方法及自支撑铁电薄膜。
技术介绍
1、目前，由于金属氧化物薄膜材料中发现的许多新奇的光、电、力、热等响应效果，被人们广泛的研究、开发、利用。其中铁电薄膜材料凭借其优异的压电性、热释电性、铁电性、介电性和光电效应等，激起了科研爱好者的研究兴趣，在纳米电子学器件领域展示了巨大的应用前景。
2、在过去的几年里，由于铁电材料中的极性拓扑畴有着丰富的新奇物理特性以及功能，例如强电导率、负电容、磁性、强光电性、强压电性能等，所以极性拓扑畴受到了越来越多的关注。到目前为止，已经报道了大量有趣的发现，例如通量闭合畴、涡旋畴、中心型畴、极性斯格明子、泡状畴以及麦韧等。基于这些奇特的拓扑畴可以被外部场精确地调控，这使得它们成为先进纳米电子器件的理想构建模块。
3、目前，尽管已经有一些研究利用外加电场诱导极性拓扑畴形成并对其进行可逆调控，但是外场诱导无记忆性，且对于像涡旋、斯格明子以及中心型这类铁电拓扑畴，现在的技术仍然很难实现单个的稳定调控。此外，铁电拓扑畴制备的研究主要集中在铅基铁电材料，存在材料体系单一，拓扑畴诱导方法复杂和不易调控等问题。同时，这些奇特的拓扑结构大多依赖于生长在单晶衬底上的铁电薄膜或者超晶格中，并且这些拓扑结构的构筑受电场调控，从而限制了可以利用的材料范围和各种可用的操作技术。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的在于，提供一种中心型拓扑畴的诱导方法及自支撑铁电薄膜，其能够通过设计气泡状褶皱
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种中心型拓扑畴的诱导方法，包括以下步骤：
4、在(001)方向的srtio3单晶衬底上沉积sr3al2o6薄膜作为牺牲层；
5、在牺牲层上依次沉积菱方相的铁电薄膜、底电极和菱方相的铁电薄膜，形成三层异质结构，两层铁电薄膜材料相同；
6、溶解牺牲层后将薄膜样品转移，即诱导出沿垂直方向呈柱状气泡的中心型拓扑畴。
7、相比于现有技术，本专利技术首先在衬底上外延生长一层水溶性牺牲层，然后在牺牲层上继续外延生长铁电层/导电层/铁电层交替的异质结构，然后利用牺牲层可溶解于水的特性，将这种三层异质结构从原衬底上剥离出来，转移到云母片上，由于这种异质结构中不同层之间晶格常数的差异，在衬底剥离转移后，异质薄膜中的残余应变得到释放，形成了具有气泡状褶皱结构的自支撑铁电薄膜，同时由于挠曲电的作用，在气泡状褶皱结构附近会诱导出沿垂直方向呈柱状气泡畴图案的中心型拓扑畴。本专利技术通过衬底剥离技术制备出具有气泡状褶皱结构的自支撑铁电薄膜，并在无外电场作用下诱导出中心型拓扑畴，为铁电薄膜构建设计拓扑畴提供了新方法。
8、在优选的实施方式中，牺牲层厚度为20～50nm。该厚度的牺牲层具有足够的膜层厚度的同时，也有利于后续溶解步骤的进行。
9、在优选的实施方式中，牺牲层通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mj，脉冲频率为1～8hz，外延温度为750～780℃，氧压为4～10pa。在上述实验条件下，可以沉积得到厚度均匀、表面平整且易于溶解的牺牲层。
10、在优选的实施方式中，牺牲层通过浸泡于去离子水中溶解。利用该牺牲层材料(sr3al2o6)可溶于水的特性，可以方便地通过将样品浸泡于去离子水中溶解牺牲层，从而将铁电薄膜从原衬底上剥离出来。
11、在优选的实施方式中，牺牲层在去离子水中浸泡10～24h后溶解，然后用云母片将漂浮的薄膜捞起，即得具有气泡状凸起褶皱结构的自支撑铁电薄膜，且诱导出沿垂直方向呈柱状气泡的中心型拓扑畴。由于牺牲层厚度控制在合适尺寸范围，因此溶解时间较短，在10～24h后即可完全溶解。溶解后用云母片将漂浮在去离子水表面上的薄膜捞起，由于异质结构中不同层之间晶格常数的差异，在衬底剥离转移后，异质薄膜中的残余应变得到释放，形成了具有气泡状褶皱结构的自支撑铁电薄膜，同时由于挠曲电的作用，在气泡状褶皱结构附近会诱导出沿垂直方向呈柱状气泡畴图案的中心型拓扑畴。
12、在优选的实施方式中，铁电薄膜为bifeo3薄膜、pbtio3薄膜或srtio3薄膜中的任一种。
13、在优选的实施方式中，铁电薄膜为bifeo3薄膜，第一层bifeo3薄膜厚度为40nm，其通过脉冲激光沉积技术在所述牺牲层上外延生长而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mj，脉冲频率为4～8hz，温度为660～730℃，氧压为15～20pa；第二层bifeo3薄膜厚度为70nm，其通过脉冲激光沉积技术在底电极上外延生长而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mj，脉冲频率为4～8hz，温度为660～730℃，氧压为15～20pa。上述方法生长而成的bfo薄膜外延性好，表面干净平整，厚度均匀，同时具有较好的铁电性。
14、在优选的实施方式中，底电极为srruo3导电层。
15、在优选的实施方式中，srruo3导电层的厚度为40nm，其通过脉冲激光沉积技术在(001)方向的srtio3单晶衬底上外延生长而成，实验条件为：脉冲能量为75～90mj，脉冲频率为8hz，温度为660～720℃，氧压为15～20pa。该实验条件下可以制得均匀平整的底电极。
16、第二方面，本专利技术还提供一种自支撑铁电薄膜，其为铁电薄膜/导电层/铁电薄膜依次层叠形成的三层异质结构，且两层铁电薄膜的材料相同；其表面具有气泡状凸起褶皱结构，且在气泡状凸起褶皱结构周围分布有沿垂直方向呈柱状气泡的中心型拓扑畴。该中心型拓扑畴在面外呈现一个柱状气泡畴的状态，与普通的中心型拓扑畴形态有所差异，是一种新型的拓扑畴，有望在先进纳米电子器件中得到应用。
17、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
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1.一种中心型拓扑畴的诱导方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层厚度为20～50nm。
3.根据权利要求2所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mJ，脉冲频率为1～8Hz，外延温度为750～780℃，氧压为4～10Pa。
4.根据权利要求1所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层通过浸泡于去离子水中溶解。
5.根据权利要求4所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层在去离子水中浸泡10～24h后溶解，然后用云母片将漂浮的薄膜捞起，即得具有气泡状凸起褶皱结构的自支撑铁电薄膜，且诱导出沿垂直方向呈柱状气泡的中心型拓扑畴。
6.根据权利要求1所述的诱导方法，其特征在于：所述铁电薄膜为BiFeO3薄膜、PbTiO3薄膜或SrTiO3薄膜中的任一种。
7.根据权利要求6所述的诱导方法，其特征在于：所述铁电薄膜为BiFeO3薄膜；第一层所述BiFeO3薄膜厚度为40nm，其通过脉冲激光沉积技术在所述牺牲层上外延生长
8.根据权利要求1所述的诱导方法，其特征在于：所述底电极为SrRuO3导电层。
9.根据权利要求8所述的诱导方法，其特征在于：所述SrRuO3导电层厚度为40nm，其通过脉冲激光沉积技术在(001)方向的SrTiO3单晶衬底上外延生长而成，实验条件为：脉冲能量为75～90mJ，脉冲频率为8Hz，温度为660～720℃，氧压为15～20Pa。
10.一种自支撑铁电薄膜，其特征在于：其为铁电薄膜/导电层/铁电薄膜依次层叠形成的三层异质结构，且两层铁电薄膜的材料相同；其表面具有气泡状凸起褶皱结构，且在气泡状凸起褶皱结构周围分布有沿垂直方向呈柱状气泡的中心型拓扑畴。
...【技术特征摘要】
1.一种中心型拓扑畴的诱导方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层厚度为20～50nm。
3.根据权利要求2所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层通过脉冲激光沉积技术沉积而成，实验条件为：脉冲能量为62～66mj，脉冲频率为1～8hz，外延温度为750～780℃，氧压为4～10pa。
4.根据权利要求1所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层通过浸泡于去离子水中溶解。
5.根据权利要求4所述的诱导方法，其特征在于：所述牺牲层在去离子水中浸泡10～24h后溶解，然后用云母片将漂浮的薄膜捞起，即得具有气泡状凸起褶皱结构的自支撑铁电薄膜，且诱导出沿垂直方向呈柱状气泡的中心型拓扑畴。
6.根据权利要求1所述的诱导方法，其特征在于：所述铁电薄膜为bifeo3薄膜、pbtio3薄膜或srtio3薄膜中的任一种。
7.根据权利要求6所述的诱导方法，其特征在于：所述铁电薄膜为bifeo3薄膜；第一层所述bifeo3薄膜厚度为40nm，其通...
【专利技术属性】
技术研发人员：田国，周厚霖，杨雨音，赵佳慧，高兴森，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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