原子尺度下BiFeO3薄膜中缺陷结构与特性的原位动态研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11904372
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2001.凝聚态物质结构、相变和晶格动力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

BiFeO3(BFO), a well-known room temperature multiferroic with robust ferroelectric and magnetic order, shows its promise for memory applications, sensors and spin electronic devices. The utility of ferroelectrics is derived from a reversible transition between equivalent polar orientation states under an applied electric field (and/or stress). This is especially important in ferroelectric memory devices scaled down to the nanometre scale to achieve a high data storage density where a single defect may dominate the total switching process. At this feature size, an understanding of the local response and underlying dynamic behaviour of individual domain walls and defects throughout the thickness of the film during the switching process is necessary to engineer reliable ferroelectric devices..Here we propose to use various advanced aberration corrected microscopy and spectroscopy to study the interface properties and dynamic correction between the ferroelectric/ferroeleastic and ferromagnetic domains switching in BiFeO3 thin films to gain insights into the effects of defects in multiferroic thin film heterostructures. Specifically, (1) applying atomic resolution imaging to characterize the atomic structure and quantitatively measure the octahedral distortion; (2) applying differential phase contrast imaging and aberration corrected Lorentz imaging to measure the localized electrical and magnetic fields; (3) by applying in situ electric fields (and/or stress) to switch the ferroelectric and ferroelastic domains, we simultaneously observe the changes of the domains, such as domain nucleation, domain wall propagation, defect pining to domain wall, and domain wall stability. These studies should greatly advance our understanding of the domain dynamics in multiferroic thin films and thereby providing useful information for interface engineering.
BiFeO3(BFO)铁电材料同时具有铁电、铁弹、反铁磁等多种性质,在数据存储、传感器、自旋电子器件方面具有巨大的应用前景。电偶极矩翻转的动力学过程是铁电材料和铁电器件中最为核心的问题。特别地,随着器件尺寸越来越小,单个缺陷的变化都会对器件性能产生不可忽视的影响。对于铁电薄膜材料,研究其缺陷的原子结构与物理性能,特别是外场下缺陷与铁电、铁弹、甚至铁磁畴在动力学上的关联,是我们理解铁电材料极化翻转过程的关键,也是我们改善铁电器件性能和设计新功能器件的前提。. 本项目拟在本单位新购置的球差矫正电镜的基础上,结合球差矫正和原位探测的透射电子显微学技术,利用原位外场(力场、电场)翻转铁电、铁弹、铁磁畴,并结合高能量分辨的电子能量损失振动谱等技术来研究铁电薄膜中的极化翻转与缺陷关联的动力学过程。提出导致铁电材料失效的关键因素,为提高器件性能和设计新功能器件提供依据。

结项摘要

过渡金属氧化物等低维材料中晶格、自旋、电荷等自由度之间的相互作用为实现磁电耦合提供了可能,在类脑计算、传感器、自旋电子器件方面有着巨大的应用前景。磁、电性能和其内部的畴结构以及原子结构息息相关,为了全面理解磁电耦合的机制,提高磁电耦合效率,深入研究材料微观结构,并实现对微观结构的调控至关重要。本项目基于先进透射电子显微镜的多种成像和谱学方法,系统研究了材料界面、畴和畴壁、晶界等微观结构,搭建了原位电学测试系统和原位力学测试系统,实现了对畴和畴壁的外场调控。首先,利用高空间分辨率的球差矫正电镜并结合图像定量化分析技术,研究了多个铁电材料中的微观结构,定量分析了界面、点缺陷、畴壁和晶界的原子结构。然后,基于原位电学和原位力学测试系统,实现了外电场和应力作用下的铁弹畴的可逆转变,并揭示了转变的原了尺度机理。另外,我们探究了透射电镜中的基于固态电解质的原位静电门控技术,揭示了材料的晶格、电荷、自旋与缺陷等相互作用,为铁电铁磁材料的研究提供更多的方法手段,为设计更高效的磁电相关器件提供了实验依据。本项目共发表标注了项目基金号(11904372)论文12篇,其中影响因子大于7的论文9篇,其中包括Infomat 1篇,Advanced Functional Materials 2篇,Small Methods1篇,Nano Research 1篇 ,Applied Physics Letters 1篇等,申请相关专利5项,研究进展入选第68届国际电子器件会议1篇。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Graphite Foam as Carbon-based footprint for In-situ Fabrication of Ti3+-Doped titanium niobium oxide (Ti2Nb10O29) Nanocrystal for High-Rate Performance Lithium-Ion Batteries
石墨泡沫作为碳基足迹,用于原位制造用于高性能锂离子电池的 Ti3 掺杂钛铌氧化物 (Ti2Nb10O29) 纳米晶体
  • DOI:
    10.1016/j.jcis.2022.05.075
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Elsevier
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wellars Utetiwabo;Muhammad Khurram Tufail;Chaoyuan Zeng;Lei Zhou;Le Yang;Ze Hua;Jinfeng Zeng;Peiwen Yu;Ruiwen Shao;Wen Yang
  • 通讯作者:
    Wen Yang
In situ atomic‐scale observation of size‐dependent (de)potassiation and reversible phase transformation in tetragonal FeSe anodes
四方 FeSe 阳极中尺寸依赖性(脱)钾和可逆相变的原位原子尺度观察
  • DOI:
    10.1002/inf2.12364
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    InfoMat
  • 影响因子:
    22.7
  • 作者:
    Ran Cai;Lixia Bao;Wenqi Zhang;Weiwei Xia;Chunhao Sun;Weikang Dong;Xiaoxue Chang;Ze Hua;Ruiwen Shao;Toshio Fukuda;Zhefei Sun;Haodong Liu;Qiaobao Zhang;Feng Xu;Lixin Dong
  • 通讯作者:
    Lixin Dong
Orderly defective superstructure for enhanced pseudocapacitive storage in titanium niobium oxide
用于增强钛铌氧化物赝电容存储的有序缺陷上部结构
  • DOI:
    10.1007/s12274-021-3703-6
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    Nano Research
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Le Yang;Jinfeng Zeng;Jinfeng Zeng;Ruiwen Shao;Wellars Utetiwabo;Muhammad Khurram Tufail;Saisai Wang;Wen Yang;Jiatao Zhang
  • 通讯作者:
    Jiatao Zhang
Anisotropic lithium-ion migration and electro-chemo-mechanical coupling in Sb2Se3 single crystals
Sb2Se3 单晶中各向异性锂离子迁移和电化学机械耦合
  • DOI:
    10.1007/s40843-022-2051-3
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Science China Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chunhao Sun;Weikang Dong;Le Yang;Xintao Zuo;Lixia Bao;Ze Hua;Xiaoxue Chang;Ran Cai;Haosen Chen;Xiaodong Han;Yang He;Tiansheng Liu;Ruiwen Shao;Lixin Dong
  • 通讯作者:
    Lixin Dong

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其他文献

弯曲应变下单根GaAs纳米线的电学性能的原位透射电子显微镜研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高攀;王疆靖;王晓东;廖志明;邵瑞文;郑坤;韩晓东;张泽
  • 通讯作者:
    张泽
透射电镜电学测试样品杆与扫描电镜联合系统的搭建
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    电子显微学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    矫丽丽;郑坤;王晋;高攀;邵瑞文;张跃飞;韩晓东;张泽
  • 通讯作者:
    张泽
Ag掺杂对Ge_2Sb_2Te_5结晶行为的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    电子显微学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张滔;郑坤;张斌;邵瑞文;韩晓东;张泽
  • 通讯作者:
    张泽

其他文献

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AI技术路线图

邵瑞文的其他基金

高比能硫化物固态电池界面离子传输的多维成像及原位球差电镜研究
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  • 批准年份:
    2022
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  • 批准号:
    12274025
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    2022
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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