鐵電材料由于具有鐵電、介電、壓電、熱釋電等豐富的物理性能，被廣泛應用于非易失性鐵電存儲器、電容器、制動器、熱釋電探測器等電子器件中。為滿足電子器件小型化的發展需求，鐵電體需要以低維薄膜的形式集成到電子器件中。但是，隨著薄膜厚度的減小，在異質界面去極化場的作用下，鐵電極化會顯著降低甚至消失，如何保持甚至增強超薄鐵電體的極化是該領域長期以來面臨的基礎性科學難題。

　　中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室固體原子像研究部的界面結構研究團隊長期致力于材料基礎科學問題的電子顯微學研究，經過多年的學術積累，他們在解決上述科學難題方面近來取得重要進展。馬秀良研究員、朱銀蓮研究員和劉穎博士等人提出充分利用異質界面兩側不同的自由度，構筑在界面處同時具有化學價態不連續與鐵電極化不連續的PbTiO₃/BiFeO₃異質薄膜體系。利用具有原子尺度分辨能力的像差校正電子顯微術，發現在具有頭對尾極化特征的界面附近，鐵電PbTiO₃中存在約~8%的面外晶格拉長現象，并伴隨104%，107%以及39%的Ti，O₁和O₂離子位移（ _Ti， _O1， _O2）增加。這意味著相比塊體材料，薄膜PbTiO₃在PbTiO₃/BiFeO₃異質界面處有高達70%的極化增強。同時，BiFeO₃中的極化也比塊體值顯著增強?；陔娮幽芰繐p失譜、X射線光電子譜以及第一性原理計算，他們提出異質界面極化巨大增強的電荷傳遞新機制并證實在上述構筑理念下極化巨大增強現象的普遍性。該研究結果不僅為探索新型鐵電界面效應提供了新途徑，也為破解鐵電超薄薄膜極化降低的科學難題提供了嶄新的思路，對納米鐵電器件的發展具有重要意義。

　　該項研究得到了國家自然科學基金、中國科學院前沿科學重點研究項目以及科技部973計劃等資助。相關成果于5月31日在Nano Letters上在線發表（DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00788）。

　　該項工作的全文鏈接

圖1、BiFeO₃/PbTiO₃薄膜界面處的晶格參數，應變和離子位移分析。在BiFeO₃/PbTiO₃界面附近，不僅面外晶格參數（c）顯著拉長，Ti和Fe沿面外方向的離子位移（ _Ti， _Fe）也顯著增大，預示界面附近PbTiO₃中鐵電極化顯著增大。

圖2、（a-e）ABF-STEM像進一步驗證BiFeO₃/PbTiO₃界面極化提高。（f-j）PbTiO₃層厚度不同時（2、3、6、17單胞），BiFeO₃/PbTiO₃界面處都存在面外晶格顯著拉長現象，預示PbTiO₃厚度減小到2單胞時，極化仍顯著增強。

圖3、BiFeO₃/PbTiO₃界面的電子能量損失譜(a-c)和X射線光電子譜(d-e)分析表明，在BiFeO₃/PbTiO₃界面處存在氧空位聚集以及Fe³⁺向Fe²⁺的轉化。