Tenké vrstvy s mechanickým pnutím

Text

Napětí v epitaxních vrstvách může indukovat feroelektrické fázové přechody v incipientních ferroelektrikách. Tyto přechody se mohou projevit pozorováním teplotních anomálií polárních měkkých optických fononů. Pro tento účel naše skupina vyvinula unikátní metodu pro studium fononů v ultratenkých vrstvách pomocí reflexní IČ a transmisní THz spektroskopie. V minulosti jsme takto zjistili feroelektrické fázové přechody v natažených tenkých vrstvách SrTiO3, Srn+1TinO3n+1, EuTiO3  a EuO. V supermřížkách EuO/BaO jsme dosáhli tahového napětí 6.3 %, které vyvolalo feroelektrický fázový přechod v EuO u 100 K. Tímto způsobem jsme připravili nový feroelektrický feromagnet s možnou silnou magnetoelektrickou vazbou. Zkoumali jsme též kompresně ztlačené tenké vrstvy MnO a NiO, kde jsme objevili na deformaci závislé štěpení fononové frekvence. Tento jev byl úspěšně vysvětlen na deformaci závislou magnetickou výměnnou interakcí (J1). V současnosti též studujeme napnuté tenké vrstvy Sr1-xBaxTiO3 s perovskitovou a Ruddlesden-Popperovou strukturou s anomálně nízkými mikrovlnnými ztrátami a vysokou laditelností permitivity. Naše experimenty potvrdily, že za tyto unikátní mikrovlnné vlastnosti je zodpovědný feroelektrický měkký mód.

Strained thin films
Popis

(a) Schematické zobrazení krystalové struktury perovskitové tenké vrstvy EuTiO3 pod dvouosým tahovým napětím generovaným podložkou DyScO3.
(b) Ruddlesden-Popprova krystalová struktura Srn+1TinO3n+1 v tahovém napětí.


  1. D. Nuzhnyy et al., Soft mode behavior in SrTiO3/DyScO3 thin films: Evidence of ferroelectric and antiferrodistortive phase transitions, Appl. Phys. Lett. 95, 232902 (2009).
  2. J.H. Lee et al., A strong ferroelectric ferromagnet created via spin-lattice coupling, Nature 466, 954-959 (2010).
  3. S. Kamba et al., Magnetodielectric effect and phonon properties of compressively strained EuTiO3 thin films deposited on LSAT, Phys. Rev. B 85, 094435 (2012).
  4.  C.-H. Lee et al., Exploiting dimensionality and defect mitigation to create tunable microwave dielectricsNature 502, 532-536 (2013).
  5.  J. Petzelt and S. Kamba, Far infrared and terahertz spectroscopy of ferroelectric soft modes in thin films: A review, Ferroelectrics 503, 19-44 (2016).
  6. S. Skiadopoulou et al., Spin and lattice excitations of a BiFeO3 thin film and ceramics, Phys. Rev. B 91, 174108 (2015).
  7. N. M. Dawley et al., Targeted chemical pressure yields tuneable millimetre-wave dielectric, Nature Materials 19, 176-181 (2020).
  8. A. Kashir, et al., Spin-phonon interaction increased by compressive strain in antiferromagnetic MnO thin films, J. Phys.: Condens. Matter 32, 175402 (2020).
Na tématu se podílejí