异质钙钛矿微结构材料制备及性能研究

通过改变钙钛矿的元素构成和排列方式可以赋予材料各种功能特性，如铁电、巨磁阻、绝缘、导电甚至于高温超导性能。将具有不同功能特性的钙钛矿类薄膜进行周期性的组合形成异质微结构材料（包括异质结、多层膜和超晶格），有可能使原有的单一性能增强、叠加、甚至产生一些新的物理现象。该研究拟通过化学外延的方法制备具有周期性结构的高温超导/铁电、高温超导/导电异质钙钛矿微结构材料和它们的微阵列，分别研究高温超导与周期性的铁电极化场、电场交互作用及在不同微观条件下二维超导电子对的输运特性，期望通过该研究能够发现一些新的物理现象，找到提高高温超导临界温度的新途径，同时通过微结构的材料构造改善铁电材料的极化性能、提高高温超导的临界电流密度、克服YBCO的高温超导性能退化问题。进一步将这种全钙钛矿类微结构材料制成微阵列或二维格子，探讨其在铁电阵列探测器方面的应用。

该课题研究了周期性钙钛矿微结构材料的制备方法，采用化学外延的方法制备了铁电/高温超导（PZT/YBCO）、导电/高温超导（LaNiO3/YBCO）、绝缘/高温超导（Y2O3/YBCO）铁电/导电（PZT/LaNiO3）等微结构材料，并获得了清晰的界面结构，研究发现，在YBCO、LaNiO3上外延生长PZT铁电薄膜时，YBCO和LaNiO3不仅能够作为PZT的电极，而且能够诱导PZT沿C轴生长从而大幅度改善PZT的电疲劳性、降低漏电流并显著提高其极化强度；YBCO/LNO异质结构表现出了类似肖特基结的I-V特性，且在300～80K温度范围内随温度的降低肖特基势垒增高。当Y2O3/YBCO结构为一个周期时，能有效改善YBCO的微观组织、使Tc微有升高，但随层数增加，带来层间原子扩撒，不利于Tc的提高；通过控制YBCO/YSZ/YBCO和YBCO/SrTiO3（STO）/YBCO多层微结构材料的中间层厚度，其I-V曲线会表现出直流约瑟夫森效应的特征，这对高温超导微器件的开发具有重要价值。. 该课题还研究了YBCO、PZT和BiFeO3等钙钛矿氧化物微图形和微阵列的制备新方法，采用新的微细图形方法制备了YBCO延迟线，并研究了他们的超导性和物理特性。此外，该课题还利用化学掺杂将Zn2+离子引入YBCO晶格，在YBCO内部形成纳米尺寸的非超导区域，这些区域作为钉扎中心提高了磁场下薄膜的临界电流密度；研究了YBCO薄膜在LaAlO3纳米岛上生长特性，表明LaAlO3纳米岛能导致YBCO内部形成了堆垛层错晶体缺陷，这些缺陷会在一定程度上增强YBCO薄膜的磁通钉扎力，提高了磁场下YBCO薄膜的临界电流密度，这对YBCO涂层导体的应用具有重要意义。.课题进行期间培养了2名博士、19名硕士研究生、申请了2项专利，发表了15篇科技论文，其中13篇被SCI收录，2篇被EI收录。