外场对钙钛矿型多铁材料光电动力学行为的调控规律

钙钛矿型铁酸铋单相多铁材料成为当前国际研究的前沿热点。本项目主要围绕铁酸铋及其掺杂多铁薄膜材料在外场调控下的光电特性展开系统性研究。采用从深紫外到远红外区极宽光谱学测量手段，结合电学输运表征，详细地研究它们的微观电子能带结构、磁光效应和光伏效应等对氧空位/缺陷、晶粒尺寸、结晶取向、金属组分比、掺杂浓度和制备参数等的依赖性关系，进而揭示其磁光耦合和光伏效应的本征起源。进一步研究外加温度场和磁场对其光电动力学行为的影响，寻求多铁材料体系中的电学、磁学和光学性质之间的相互调控行为，发现和建立利用磁场或者电场调控其光学特性的物理规律。通过本项目的开展，提出实现多铁薄膜材料基新型光电子器件原型的新概念和新途径。

本项目主要围绕铁酸铋及其掺杂多铁薄膜材料、p型导电氧化物薄膜以及二氧化钒相变材料等在外场调控下的光电特性展开系统性研究。结合自行搭建的电学输运表征系统，采用变温透射/反射光谱、变温拉曼光谱以及椭圆偏振光谱等凝聚态稳态光谱技术，详细地研究它们的微观电子能带结构、光电动力学行为和光电导效应等对氧空位/缺陷、晶粒尺寸、掺杂浓度和生长参数等的依赖性关系，揭示其光电跃迁和相变规律的本征起源。进一步利用外加温度场和磁场的调控，研究了它们的禁带宽度、色散函数、声子模式、载流子输运参数以及结构跃迁等变化规律，建立了利用制备参数、掺杂以及温度场等调控其光学特性的物理规律。通过本项目的开展，提出了实现多铁薄膜材料基新型信息功能器件原型的新概念和新途径。特别地，我们针对BiFeO3及其相关掺杂纳米晶薄膜、p型导电金属氧化物CuCrO2及其掺杂薄膜、VO2相变材料以及钙钛矿结构铁电单晶PMNT和陶瓷PLZST等材料展开系统性的光电动力学以及输运研究，揭示了这些氧化物材料光电动力学行为的一般规律以及外场的调控效应。取得的具体成果如下：(1) 总结了氧分压和激光功率对铁酸铋纳米晶薄膜光学响应、带间电子跃迁以及相变点的影响规律；(2) 实现了高质量p型CuMO2 (M=Ga/Cr/Mg)导电氧化物薄膜的制备，揭示了它们的光电动力学行为规律以及温度的影响；(3) 揭示了氧化物半导体材料在金属-绝缘体相变区光电跃迁的演化过程及外场调控效应，为新型室温自旋器件及非制冷红外探测器的研发奠定了物理基础。在本项目资助下，负责人受邀出版英文专著章节1章，在国外一流学术刊物上发表SCI收录论文37篇，其中影响因子大于3.0有21篇。申请国家发明专利3项和实用新型专利1项。培养4名博士和6名硕士，在读博士研究生10名以及硕士研究生10名。另外在本项目资助下，1名博士生获得“教育部博士研究生学术新人奖”；4名博士生获得“研究生国家奖学金”；3名硕士生获得“研究生国家奖学金”等多类奖项。以上突出的学术成果表明负责人出色地完成了本项目的各项任务，且超过了预期目标，完全达到了项目结题验收的要求。