CAREER: Structure Property Relationships in BiFeO3: A Defect Chemistry Approach

职业:BiFeO3 中的结构性质关系:缺陷化学方法

基本信息

  • 批准号:
    0547134
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-08-01 至 2013-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NON-TECHNICAL DESCRIPTION: A new methodology allowing composition control of thin film complex oxides with a volatile constituent will be developed. This technique will be demonstrated in bismuth ferrite, which is a crystalline solid having material properties of current technological interest. This new processing approach will allow dramatic reduction composition-related defects at the nanoscale, and in doing so, provide for dramatic improvements in the electrical properties. Of premier interest is the ability of bismuth ferrite to couple electrical and magnetic fields: this capability is widely regarded as the cornerstone of a new generation of multifunctional sensing, actuating, and data storage devices. For example, devices offering unprecedented and simultaneous sensing of electrical, acoustic, and magnetic fields will be enabled, and are extremely attractive for applications such as remote surveillance. These opportunities can be fully harnessed only if the improvements offered by this research are realized. Through the duration of this program, a minimum of one graduate student and two undergraduate students will be active participants, and each summer semester, this program will support a Materials Science educational outreach activity. This activity will involve learning workshops for K-12 science teachers, which focus on empowering K-12 educators to incorporate the Principles of Materials Science, specifically at the nanoscale, to their curriculum.TECHNICAL DETAILS: The proposed program explores fundamental relationships between defect chemistry, crystalline structure, and the electrical properties of ferroelectric thin films. The cornerstone of this investigation involves a novel thin film processing methodology controlling cation stoichiometry and point defects in BiFeO3 through gas-phase equilibrium. This represents a fundamental contribution to thin film processing science since nearly all commercial and military electronic materials rely on property optimization in part through defect equilibrium engineering. A similarly sophisticated capacity has not been developed for electroceramic thin films, thus a major opportunity in thin film property engineering remains untapped. The proposed synthesis technique will enable this optimization in numerous systems holding promise for dramatic property improvement, and insight into defect-related phenomena. In the course of their research, the participating graduate and undergraduate students will develop a cutting-edge gas-phase/condensed-phase equilibrium method for actively tuning defect equilibria. In doing so, they will identify defect equilibria - property relationships in thin films, which represents an important advancement in Materials Science, especially at the nanoscale, where the impact of defects becomes more pronounced.
非技术描述:将开发一种新方法,允许对薄膜复杂氧化物的组成控制具有挥发性成分。该技术将在二晶铁素体中证明,这是具有当前技术兴趣的物质特性的结晶固体。这种新的处理方法将允许纳米级的急剧减少组成相关的缺陷,并在此过程中提供了电气性能的显着改善。首要感兴趣的是需要匹犬铁氧体对电场和磁场的能力:这种能力被广泛认为是新一代多功能传感,致动和数据存储设备的基石。例如,将启用对电气,声学和磁场的前所未有和同时感测的设备,并且对于远程监视等应用非常有吸引力。只有在实现这项研究提供的改进时,才能充分利用这些机会。通过该计划的期限,至少有一名研究生和两名本科生将是活跃的参与者,并且每个夏季学期,该计划将支持材料科学教育的外展活动。这项活动将涉及针对K-12科学老师的学习讲习班,该教师的重点是授权K-12教育者将材料科学的原理(特别是纳米级)纳入其课程。技术详细信息:拟议的计划探索了拟议的计划,探索了缺陷化学,结晶结构,结晶结构和电气薄膜的电气之间的基本关系。这项研究的基石涉及一种新型的薄膜加工方法,可通过气相平衡控制BifeO3阳离子化学计量和点缺陷。这代表了对薄膜加工科学的基本贡献,因为几乎所有商业和军事电子材料都依赖于财产优化,部分原因是缺陷平衡工程。尚未针对电脑薄膜开发类似复杂的能力,因此薄膜房地产工程中的主要机会仍未开发。所提出的合成技术将在许多系统中具有对巨大财产改善的希望以及对缺陷相关现象的洞察力的优化。在他们的研究过程中,参与的毕业生和本科生将开发一种尖端的气相/冷凝相平衡方法,用于主动调整缺陷平衡。通过这样做,他们将确定缺陷平衡 - 薄膜中的性质关系,这代表了材料科学的重要进步,尤其是在纳米级,在纳米级,缺陷的影响变得更加明显。

项目成果

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