基于Bi0.5Na0.5TiO3薄膜的极化配置调控气泡结构以实现高压电响应

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Polarization Configuration-Regulated Bubble Domains for High Piezoelectric Response in Bi0.5Na0.5TiO3-Based Films

拓扑气泡域的极化配置设计可调控Bi0.5Na0.5TiO3薄膜的拓扑域结构，高密勒指数取向（如111）因复杂极化（共存的平面与垂直极化矢量）显著提升环形气泡域密度，从而增强压电响应。

　　

拓扑泡状结构展现了丰富的物理特性和巨大的应用潜力。然而，以往的研究主要集中在基于铅的超薄薄膜上，这些薄膜需要复杂的边界条件才能稳定存在，这大大限制了它们在铁电材料中的广泛应用。本文通过在Bi_0.5Na_0.5TiO₃基外延薄膜中采用简单的极化配置设计，实现了对泡状结构的可控调控。相场模拟和多尺度实验研究表明，随着薄膜取向的Miller指数增加，泡状结构的密度和尺寸也会增加。与(100)和(110)取向薄膜中单一的平面极化矢量不同，(111)取向薄膜具有复杂的极化配置（同时存在平面内和平面外的极化矢量），这显著促进了环形泡状结构的形成。这些泡状结构对高电场的敏感性增强了极化旋转效应，从而显著提高了(111)取向外延薄膜的压电响应。这项工作为操纵拓扑结构提供了一种简单的方法，并为高性能纳米电子学的发展提供了重要的指导。