对铁电极化和半导体性能相互耦合的材料-铁电半导体的研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51072081
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    37.0万
  • 负责人：
    袁国亮
  • 依托单位：
    南京理工大学
  • 学科分类：
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

不同于传统的铁电绝缘材料，铁电半导体是一类同时具有铁电和半导体性能的单相材料，可以通过铁电极化翻转调控其自身电阻、耗尽层、光伏效应等半导体效应。本项目将制备具有较大铁电-半导体耦合效应的ABO3型铁电半导体材料，并研究它们在高密度信息存储和光电转换等方面的应用。.铁电半导体材料的研究包括: (1)选择BiFeO3、Pb(ZrxTi1-x)O3、 BaTiO3等ABO3型铁电材料，制备纳米级的铁电薄膜或者掺入半导体杂质，获得电导位于半导体范围、铁电极化可以翻转的铁电半导体;(2)通过精确调控铁电半导体中缺陷、掺杂元等的浓度和分布，进一步提高铁电极化调控半导体性能的范围和能力;(3)通过改进极化技术和精确控制材料微结构，改善铁电半导体材料在铁电极化翻转过程中的抗疲劳性能;(4)通过电场、磁场翻转铁电极化，进而调控材料的半导体性能，并制备铁电极化调控的存储单元和类二级管。

结项摘要

本课题初步研究了铁电材料在中高温度、或者n型半导体掺杂下的半导体特征，以及铁电和半导体性质的耦合关系。通过本项目的研究，我们取得了一定的研究成果。主要包括：.（1）制备Bi1-xMx(M=Sm, Dy)FeO3两种陶瓷系列，发现它们存在铁电性和半导体特性共存的一个温度区间。当Bi1-xSmxFeO3陶瓷的Sm含量达到12.5%或者Bi1-xDyxFeO3陶瓷的Dy含量达到8%时两相共存，出现准同型相界，在室温下具有良好的压电、铁电性质。Bi0.875Sm0.125FeO3和Bi0.92Dy0.08FeO3陶瓷的电阻和阻抗随温度升高而显著下降，当温度上升到420℃以上时电阻和阻抗都下降到1000欧姆以下，这时陶瓷已经具备了半导体特征。陶瓷在室温至550℃范围内具有介电和阻抗谐振峰，说明在550℃以下陶瓷的压电性能可能获得应用。.（2）发现并解释BiFeO3陶瓷、BaTiO3和PbZr0.2Ti0.8O3外延薄膜的自极化现象。在烧结和冷却过程中，BiFeO3陶瓷上下表面的较大温度差导致铋氧空位分离，会产生沿温度梯度方向的宏观内电场，铁电畴在其作用下翻转，从而陶瓷具有自发极化现象。同样的，我们在BaTiO3和PbZr0.2Ti0.8O3外延薄膜中也发现了自极化现象，证明外延应力是产生其自极化现象的主要原因，促进了对薄膜中畴结构演变的理解，为进一步的研究奠定了基础。.（3）研究了BiFeO3薄膜中具有信息存储功能的阻变特征。BiFeO3薄膜具有铁电特征，Bi0.8Ca0.2FeO3薄膜具有顺电特征，发现BiFeO3和Bi0.8Ca0.2FeO3都具有可用于新型存储的阻变特征。它们既具有单极性阻变特征，又具有双极性阻变特征，可以通过调节薄膜内部的缺陷浓度和分布来实现双极性阻变到单极性阻变的转变。.（4）开展铁电半导体和光伏效应的研究。通过脉冲激光沉积和激光分子束外延法制备掺杂单相铁电薄膜，采用极化面积小的极化装置，施加大于矫顽场的高频电场来快速翻转铁电极化，极大地提高薄膜抗疲劳性能。利用改变掺杂量的大小，可以精确调控薄膜的电阻率，使之可控地由绝缘体向n型半导体转变。通过测量光伏电流方向实现了铁电极化信息的非破坏性读出。.总之，我们初步研究了几种典型铁电材料的半导体性能，这些研究有利于进一步发现具有良好铁电和半导体特征的新材料，有利于进一步阐明铁电半导体的物理机制。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Large change of visible transmittance with VO2 phase transition in VO2/TiO2 polycrystalline films
VO2/TiO2多晶薄膜中可见光透过率随VO2相变发生较大变化
  • DOI：
    10.1016/j.tsf.2013.06.003
  • 发表时间：
    2013-07
  • 期刊：
    Thin Solid Films
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Weiji He;Guoliang Yuan;Xianya Wang;Qian Chen
  • 通讯作者：
    Qian Chen
Coexistence of unipolar and bipolar resistive switching in BiFeO3 and Bi0.8Ca0.2FeO3 films
BiFeO3 和 Bi0.8Ca0.2FeO3 薄膜中单极和双极电阻开关的共存
  • DOI：
    10.1063/1.4716867
  • 发表时间：
    2012-05-15
  • 期刊：
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Liu, Lu;Zhang, Shantao;Liu, Zhiguo
  • 通讯作者：
    Liu, Zhiguo
Upward ferroelectric self-polarization induced by compressive epitaxial strain in (001) BaTiO3 films
(001) BaTiO3 薄膜中压缩外延应变引起的向上铁电自极化
  • DOI：
    10.1063/1.4807794
  • 发表时间：
    2013-05-28
  • 期刊：
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Chen, Jiangpeng;Luo, Ying;Liu, Zhiguo
  • 通讯作者：
    Liu, Zhiguo
Synthesis and field emission properties of ZnO nanorods on Cu substrate
Cu基底上ZnO纳米棒的合成及其场发射性能
  • DOI：
    10.1016/j.matlet.2012.05.066
  • 发表时间：
    2012-09
  • 期刊：
    Materials Letters
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Yong Huang;Guoliang Yuan
  • 通讯作者：
    Guoliang Yuan
Multiferroic properties of Bi1-xDyxFeO3 (x=0-0.2) ceramics at various temperature
Bi1-xDyxFeO3 (x=0-0.2)陶瓷在不同温度下的多铁性能
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Materials Letters
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Chen Sun;Yiping Wang;Ying Yang;Guoliang Yuan;Jiang Yin;Zhiguo Liu
  • 通讯作者：
    Zhiguo Liu

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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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