近日，湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院鐵電材料研究團(tuán)隊(duì)在鐵電材料疇結(jié)構(gòu)表征方面的研究取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果以Characterization of domain distributions by second harmonic generation in ferroelectrics為題發(fā)表在npj Computational Materials期刊上。該期刊由中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所與英國自然出版集團(tuán)（Nature Publishing Group，NPG）以伙伴關(guān)系合作出版， 影響因子為8.941。論文的第一作者是材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生張園，鐘向麗教授、周益春教授和袁建民教授為共同通訊作者。這一成果標(biāo)志著湘大在鐵電材料疇超快動力學(xué)研究方面有了進(jìn)一步的突破。

    論文鏈接：

    https://www.nature.com/articles/s41524-018-0095-6

    鐵電材料中疇動力學(xué)是鐵電器件的物理基礎(chǔ)。然而，真實(shí)的器件中鐵電疇的反轉(zhuǎn)和運(yùn)動速度一般在皮秒量級（10-12秒），這使得鐵電疇反轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)觀測極其困難。為了攻克這一難題，周益春教授提出了用飛秒激光作為探測手段來破解。

    這一想法的基本出發(fā)點(diǎn)是：飛秒激光是具有時(shí)域脈沖寬度在飛秒（10-15秒）量級的激光。基于飛秒激光的泵浦探測手段具有超高的時(shí)間分辨率，是一種可能用于探測鐵電疇這一超快動力學(xué)過程的好手段。它在時(shí)間分辨率上的巨大優(yōu)勢使得其對運(yùn)動速度在皮秒量級的鐵電疇的跟蹤依然游刃有余。相比其它疇動力學(xué)探測手段，基于飛秒激光探測方法除了探測速度優(yōu)勢外，在探測效率方面也有明顯提升，尤其對于鐵電器件中大規(guī)模疇穩(wěn)定性的無損評估相當(dāng)具有潛力。

    基于以上的想法，湘潭大學(xué)鐵電材料研究團(tuán)隊(duì)與國防科技大學(xué)袁建民教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)密切合作，發(fā)展了基于飛秒激光的鐵電疇分布表征的新方法：方位角-偏振依賴光學(xué)二次諧波探測方法。他們收集了不同樣品方位角和入射光偏振角下鐵電薄膜產(chǎn)生的光學(xué)二次諧波信號，并建立了相關(guān)的方位角-偏振依賴光學(xué)二次諧波模型；通過擬合測得的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論模型，確定了71°和109°疇壁的菱方相BiFeO3，及四方相BiFeO3、Pb（Zr0.2Ti0.8）O3和BaTiO3等鐵電薄膜復(fù)雜或簡單的疇結(jié)構(gòu)，并準(zhǔn)確獲得了該疇結(jié)構(gòu)的分布情況。此項(xiàng)工作開發(fā)了一種優(yōu)化的全光學(xué)方法，能準(zhǔn)確得到鐵電薄膜中的鐵電疇結(jié)構(gòu)及分布情況，可用來跟蹤和評估鐵電器件中鐵電疇的演變過程。此工作是鐵電研究團(tuán)隊(duì)在這個(gè)方向的工作之一，還有一系列基于飛秒激光的超快探測相關(guān)工作在向前推進(jìn)。

    據(jù)了解，湘大鐵電材料研究團(tuán)隊(duì)近一年以來還在柔性鐵電材料、新型多鐵材料等多個(gè)方向均取得了突破性進(jìn)展，相關(guān)工作分別發(fā)表在Science Advances 3, e1700121 （2017） 和Nature Communications 9, 658 （2018）上。

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