La, Nb共掺杂BiFeO3薄膜中的光致应变效应及应力调控

徐悦; 张泽宇; 金钻明; 潘群峰; 林贤; 马国宏; 程振祥

doi:10.7498/aps.63.117801

摘要

本文利用反射式飞秒抽运-探测技术，系统研究了飞秒激光诱导La和Nb共掺杂的铁酸铋（Bi0.8La0.2Fe0.99Nb0.01O3）薄膜中纵向声学声子的动力学过程，声学声子的产生源于光致应变效应. 实验发现不同的衬底（ZrO2和PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3）可以调制外延生长的Bi0.8La0.2Fe0.99Nb0.01O3薄膜的面外弹性系数C. 此外，通过对压电晶体衬底PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3外加电压，实现了对薄膜应力的调制.

关键词:

Abstract

Coherent longitudinal acoustic phonons in Bi0.8La0.2Fe0.99Nb0.01O3 (BLFNO) films are photo-induced and detected by the femtosecond time-resolved reflectance spectroscopy. The generation mechanism of coherent longitudinal acoustic phonons is attributed to the transient photostriction effect. The strain modulation of the out-of-plane elastic properties C is realized in BLFNO films deposited on different substrates (ZrO2 and PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3). Strain modulation of the thin film is demonstrated by applying an electromotive force on the piezoelectric substrate PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3.

Keywords:

作者及机构信息

1.
上海大学理学院物理系, 上海 200444;

2.
澳大利亚卧龙岗大学电子材料研究所, 新南威尔士州 2500

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：11174195）和高等学校博士点专项科研基金（博导类）（批准号：20123018110003）资助的课题.

Authors and contacts

1.
Department of Physics, Shanghai University, Shanghai 200444, China;

2.
Institute for Superconductor and Electronic Materials, University of Wollongong, North Wollongong, NSW 2500, Australia

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11174195), and the Ph.D. Programs Foundation of Ministry of Education of China (Grant No. 20123108110003).

参考文献

[1]	Kimura T, Goto T, Shintani H, Ishizaka K, Arima T, Tokura Y 2003 Nature 426 55
[2]	Lottermoser A T, Lonkai T, Amann U, Hohlwein D, Ihringer J, Fiebig M 2004 Nature 430 541
[3]	Eerenstein W, Mathur N D, Scott J F 2006 Nature 442 759
[4]	Astrov D N 1960 Sov. Phys. JETP 11 708
[5]	Wang J, Neaton J B, Zheng H, Nagarajan V, Ogale S B, Liu B, Viehland D, Vaithyanathan V, Schlom D G, Waghmare U V, Spaldin N A, Rabe K M, Wuttig M, Ramesh R 2003 Science 299 1719
[6]	Rana D S, Kawayama I, Mavani K, Takahashi K, Murakami H, Tonouchi M 2009 Adv. Mater. 21 2881
[7]	Talbayev D, Lee S, Cheong S W, Taylor A J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 212906
[8]	Jin Z M, Xu Y, Zhang Z B, Lin X, Ma G H, Cheng Z X, Wang X L 2012 Appl. Phys. Lett. 101 242902
[9]	Jin Z M, Guo F Y, Ma H, Wang L H, Ma G H, Chen J Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 087803 (in Chinese)[金钻明, 郭飞云, 马红, 王立华, 马国宏, 陈建中 2011 60 087803]
[10]	Xu Y, Jin Z M, Li G F, Zhang Z B, Lin X, Ma G H, Cheng Z X 2012 Acta Phys. Sin. 61 177802 (in Chinese)[徐悦, 金钻明, 李高芳, 张郑兵, 林贤, 马国宏, 程振祥 2012 61 177802]
[11]	Zhang Z B, Ma X B, Jin Z M, Ma G H, Yang J B 2012 Acta Phys. Sin. 61 097401 (in Chinese)[张郑兵, 马小柏, 金钻明, 马国宏, 杨金波 2012 61 097401]
[12]	Xu Y, Jin Z M, Zhang Z B, Zhang Z Y, Lin X, Ma G H, Cheng Z X 2014 Chin. Phys. B 23 044206
[13]	Sheu Y M, Trugman S A, Park Y S, Lee S, Yi H T, Cheong S W, Jia Q X, Taylor A J, Prasankumar R P 2012 Appl. Phys. Lett. 100 242904
[14]	Ramirez M O, Kumar A, Denev S A, Podraza N J, Xu X S, Rai R C, Chu Y H, Seidel J, Martin L W, Yang S Y, Saiz E, Ihlefeld J F, Lee S, Klug J, S. Cheong W, Bedzyk M J, Auciello O, Schlom D G, Ramesh R, Orenstein J, Musfeldt J L, Gopalan V 2009 Phys. Rev. B 79 224106
[15]	Wang H, Zheng Y, Cai M Q, Huang H, Chan H L W 2009 Solid State Commun. 149 641
[16]	Sheu Y M, Trugman S A, Park Y S, Lee S, Yi H T, Cheong S W, Jia Q X, Taylor A J, Prasankumar R P 2012 Appl. Phys. Lett. 100 242904
[17]	Kundys B, Viret M, Meny C, Costa V Da, Colson D, Doudin B 2012 Phys. Rev. B 85 092301
[18]	Cheng Z X, Wang X, Dou S, Kimura H, Ozawa D 2008 Phys. Rev. B 77 092101
[19]	Yokota H, Haumont R, Kiat J M, Matsuura H, Uesu Y 2009 Appl. Phys. Lett. 95 082904
[20]	Chen L Y, Yang J C, Luo C W, Laing C W, Wu K H, Lin J Y, Uen T M, Juang J Y, Chu Y H, Kobayashi T 2012 Appl. Phys. Lett. 101 041902
[21]	Ruello P, Pezeril T, Avanesyan S, Vaudel G, Gusev V, Infante I C, Dkhil B 2012 Appl. Phys. Lett. 100 212906
[22]	Gaur A, Singh P, Choudhary N, Kumar D, Shariq M, Singh K, Kaur N, Kaur D 2011 Physica B 406 1877
[23]	Pace N G, Saunders G A 1971 J. Phys. Chem. Solids 32 1585
[24]	Thiele C, Dörr K, Fähler S, Schultz L, Meyer D C, Levin A A, Paufler P 2005 Appl. Phys. Lett. 87 262502
[25]	Eerenstein W, Wiora M, Prieto J L, Scott J F, Mathur N D 2007 Nature Mater. 6 348
[26]	Rata A D, Herklotz A, Nenkov K, Schultz L, Dörr K 2008 Phys. Rev. Lett. 100 076401

施引文献

[1]	Kimura T, Goto T, Shintani H, Ishizaka K, Arima T, Tokura Y 2003 Nature 426 55
[2]	Lottermoser A T, Lonkai T, Amann U, Hohlwein D, Ihringer J, Fiebig M 2004 Nature 430 541
[3]	Eerenstein W, Mathur N D, Scott J F 2006 Nature 442 759
[4]	Astrov D N 1960 Sov. Phys. JETP 11 708
[5]	Wang J, Neaton J B, Zheng H, Nagarajan V, Ogale S B, Liu B, Viehland D, Vaithyanathan V, Schlom D G, Waghmare U V, Spaldin N A, Rabe K M, Wuttig M, Ramesh R 2003 Science 299 1719
[6]	Rana D S, Kawayama I, Mavani K, Takahashi K, Murakami H, Tonouchi M 2009 Adv. Mater. 21 2881
[7]	Talbayev D, Lee S, Cheong S W, Taylor A J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 212906
[8]	Jin Z M, Xu Y, Zhang Z B, Lin X, Ma G H, Cheng Z X, Wang X L 2012 Appl. Phys. Lett. 101 242902
[9]	Jin Z M, Guo F Y, Ma H, Wang L H, Ma G H, Chen J Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 087803 (in Chinese)[金钻明, 郭飞云, 马红, 王立华, 马国宏, 陈建中 2011 60 087803]
[10]	Xu Y, Jin Z M, Li G F, Zhang Z B, Lin X, Ma G H, Cheng Z X 2012 Acta Phys. Sin. 61 177802 (in Chinese)[徐悦, 金钻明, 李高芳, 张郑兵, 林贤, 马国宏, 程振祥 2012 61 177802]
[11]	Zhang Z B, Ma X B, Jin Z M, Ma G H, Yang J B 2012 Acta Phys. Sin. 61 097401 (in Chinese)[张郑兵, 马小柏, 金钻明, 马国宏, 杨金波 2012 61 097401]
[12]	Xu Y, Jin Z M, Zhang Z B, Zhang Z Y, Lin X, Ma G H, Cheng Z X 2014 Chin. Phys. B 23 044206
[13]	Sheu Y M, Trugman S A, Park Y S, Lee S, Yi H T, Cheong S W, Jia Q X, Taylor A J, Prasankumar R P 2012 Appl. Phys. Lett. 100 242904
[14]	Ramirez M O, Kumar A, Denev S A, Podraza N J, Xu X S, Rai R C, Chu Y H, Seidel J, Martin L W, Yang S Y, Saiz E, Ihlefeld J F, Lee S, Klug J, S. Cheong W, Bedzyk M J, Auciello O, Schlom D G, Ramesh R, Orenstein J, Musfeldt J L, Gopalan V 2009 Phys. Rev. B 79 224106
[15]	Wang H, Zheng Y, Cai M Q, Huang H, Chan H L W 2009 Solid State Commun. 149 641
[16]	Sheu Y M, Trugman S A, Park Y S, Lee S, Yi H T, Cheong S W, Jia Q X, Taylor A J, Prasankumar R P 2012 Appl. Phys. Lett. 100 242904
[17]	Kundys B, Viret M, Meny C, Costa V Da, Colson D, Doudin B 2012 Phys. Rev. B 85 092301
[18]	Cheng Z X, Wang X, Dou S, Kimura H, Ozawa D 2008 Phys. Rev. B 77 092101
[19]	Yokota H, Haumont R, Kiat J M, Matsuura H, Uesu Y 2009 Appl. Phys. Lett. 95 082904
[20]	Chen L Y, Yang J C, Luo C W, Laing C W, Wu K H, Lin J Y, Uen T M, Juang J Y, Chu Y H, Kobayashi T 2012 Appl. Phys. Lett. 101 041902
[21]	Ruello P, Pezeril T, Avanesyan S, Vaudel G, Gusev V, Infante I C, Dkhil B 2012 Appl. Phys. Lett. 100 212906
[22]	Gaur A, Singh P, Choudhary N, Kumar D, Shariq M, Singh K, Kaur N, Kaur D 2011 Physica B 406 1877
[23]	Pace N G, Saunders G A 1971 J. Phys. Chem. Solids 32 1585
[24]	Thiele C, Dörr K, Fähler S, Schultz L, Meyer D C, Levin A A, Paufler P 2005 Appl. Phys. Lett. 87 262502
[25]	Eerenstein W, Wiora M, Prieto J L, Scott J F, Mathur N D 2007 Nature Mater. 6 348
[26]	Rata A D, Herklotz A, Nenkov K, Schultz L, Dörr K 2008 Phys. Rev. Lett. 100 076401

[1]	宋寒冰, 郎鹏, 季博宇, 徐洋, 宋晓伟, 林景全. 利用啁啾飞秒激光脉冲调控金薄膜中传输表面等离激元的群延迟色散. , 2024, 73(17): 177102. doi: 10.7498/aps.73.20240973
[2]	郑悦, 张宇璇, 孙少华, 丁鹏基, 胡碧涛, 刘作业. 飞秒激光脉冲对N₂分子非绝热准直的调控. , 2023, 72(6): 064203. doi: 10.7498/aps.72.20222112
[3]	胥守振, 谢实梦, 吴丹, 迟子惠, 黄林. 基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术. , 2022, 71(5): 050701. doi: 10.7498/aps.71.20211394
[4]	孙海明. 一维螺旋型Se原子链中的Rashba效应和平带性质. , 2022, 71(14): 147102. doi: 10.7498/aps.71.20220646
[5]	胥守振, 黄林, 谢实梦, 迟子惠, 吴丹. 基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211394
[6]	李永宁, 谢逸群, 王音. 二维铁电In₂Se₃/InSe垂直异质结能带的应力调控. , 2021, 70(22): 227701. doi: 10.7498/aps.70.20211158
[7]	林翠, 白刚, 李卫, 高存法. 外延PbZr_0.2Ti_0.8O₃薄膜负电容的应变调控. , 2021, 70(18): 187701. doi: 10.7498/aps.70.20210810
[8]	张松然, 何代华, 涂华垚, 孙艳, 康亭亭, 戴宁, 褚君浩, 俞国林. HgCdTe薄膜的输运特性及其应力调控. , 2020, 69(5): 057301. doi: 10.7498/aps.69.20191330
[9]	贺子厚, 赵静波, 姚宏, 蒋娟娜, 陈鑫. 基于压电材料的薄膜声学超材料隔声性能研究. , 2019, 68(13): 134302. doi: 10.7498/aps.68.20190245
[10]	贺子厚, 赵静波, 姚宏, 陈鑫. 薄膜底面Helmholtz腔声学超材料的隔声性能. , 2019, 68(21): 214302. doi: 10.7498/aps.68.20191131
[11]	宋蕊, 冯凯, 林上金, 何曼丽, 仝亮. 钙钛矿NaFeF₃结构物性的理论研究及应力和掺杂调控. , 2019, 68(14): 147101. doi: 10.7498/aps.68.20190573
[12]	刘嘉豪, 杨晓阔, 危波, 李成, 张明亮, 李闯, 董丹娜. 基于倾斜纳磁体翻转倾向性的与(或)逻辑门应力模型. , 2019, 68(1): 017501. doi: 10.7498/aps.68.20181621
[13]	陈桢妮, 刘胜利, 王海云, 程杰. Gd掺杂对无氟金属有机物沉积法制备Y1-xGdxBCO薄膜的应力调控. , 2017, 66(15): 156101. doi: 10.7498/aps.66.156101
[14]	李立明, 宁锋, 唐黎明. 量子局域效应和应力对GaSb纳米线电子结构影响的第一性原理研究. , 2015, 64(22): 227303. doi: 10.7498/aps.64.227303
[15]	朱丽丹, 孙方远, 祝捷, 唐大伟. 飞秒激光抽运探测热反射法对金属纳米薄膜超快非平衡传热的研究. , 2012, 61(13): 134402. doi: 10.7498/aps.61.134402
[16]	徐悦, 金钻明, 李高芳, 张郑兵, 林贤, 马国宏, 程振祥. 锰酸钇薄膜中Mn3+离子dd跃迁的超快光谱学研究. , 2012, 61(17): 177802. doi: 10.7498/aps.61.177802
[17]	张郑兵, 马小柏, 金钻明, 马国宏, 杨金波. Fe/Si薄膜中相干声学声子的光激发研究. , 2012, 61(9): 097401. doi: 10.7498/aps.61.097401
[18]	高当丽, 张翔宇, 张正龙, 徐良敏, 雷瑜, 郑海荣. 调控声子提高Tm3+掺杂体系的频率上转换荧光. , 2009, 58(9): 6108-6112. doi: 10.7498/aps.58.6108
[19]	龙拥兵, 张剑, 汪国平. 基于表面等离子体激元共振的飞秒抽运探测技术研究. , 2009, 58(11): 7722-7726. doi: 10.7498/aps.58.7722
[20]	贺梦冬, 龚志强. 多层异质结构中的声学声子输运. , 2007, 56(3): 1415-1421. doi: 10.7498/aps.56.1415

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