近日，湘潭大學材料科學與工程學院鐵電材料研究團隊在鐵電材料疇結構表征方面的研究取得了重要進展，相關成果以Characterization of domain distributions by second harmonic generation in ferroelectrics為題發表在npj Computational Materials期刊上。該期刊由中國科學院上海硅酸鹽研究所與英國自然出版集團（Nature Publishing Group，NPG）以伙伴關系合作出版， 影響因子為8.941。論文的第一作者是材料科學與工程學院博士研究生張園，鐘向麗教授、周益春教授和袁建民教授為共同通訊作者。這一成果標志著湘大在鐵電材料疇超快動力學研究方面有了進一步的突破。

    論文鏈接：

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

    鐵電材料中疇動力學是鐵電器件的物理基礎。然而，真實的器件中鐵電疇的反轉和運動速度一般在皮秒量級（10-12秒），這使得鐵電疇反轉的實時觀測極其困難。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點是：飛秒激光是具有時域脈沖寬度在飛秒（10-15秒）量級的激光?；陲w秒激光的泵浦探測手段具有超高的時間分辨率，是一種可能用于探測鐵電疇這一超快動力學過程的好手段。它在時間分辨率上的巨大優勢使得其對運動速度在皮秒量級的鐵電疇的跟蹤依然游刃有余。相比其它疇動力學探測手段，基于飛秒激光探測方法除了探測速度優勢外，在探測效率方面也有明顯提升，尤其對于鐵電器件中大規模疇穩定性的無損評估相當具有潛力。

    基于以上的想法，湘潭大學鐵電材料研究團隊與國防科技大學袁建民教授領導的團隊密切合作，發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生的光學二次諧波信號，并建立了相關的方位角-偏振依賴光學二次諧波模型；通過擬合測得的相關實驗數據與理論模型，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等鐵電薄膜復雜或簡單的疇結構，并準確獲得了該疇結構的分布情況。此項工作開發了一種優化的全光學方法，能準確得到鐵電薄膜中的鐵電疇結構及分布情況，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隊在這個方向的工作之一，還有一系列基于飛秒激光的超快探測相關工作在向前推進。

    據了解，湘大鐵電材料研究團隊近一年以來還在柔性鐵電材料、新型多鐵材料等多個方向均取得了突破性進展，相關工作分別發表在Science Advances 3, e1700121 （2017） 和Nature Communications 9, 658 （2018）上。

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責任編輯：殷鵬飛

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