铁电材料的自发畴结构（一）

   铁电材料宏观化强度的翻转，本质上是内部局域电畴反转后扩散生长的结果。所谓电畴，就是铁电体中，晶胞自发形成的电偶矩排列方向致的小区域。由于材料宏观上需要保持静电平衡以使结构能量低达到稳定状态，所以自然界很少有单畴铁电体。每块铁电材料中都有大大小小不同化朝向的电畴交织在起。而电畴的形状、大小、电畴之间的化夹角，又和具体材料的晶格结构和化取向有关。如：在四方相的 BaTiO3 单晶中，相邻电畴的自发化强度取向之间的夹角只允许存在 90°和 180°；而在菱方相 BFO 中，相邻电畴的化夹角则有 71°、109° 和 180°。

       以 BFO 的电畴结构为例：图 1.6（a）为菱方结构 BFO 可能存在的八个电化方向矢量，以及相对应的四种铁弹结构变体 r1、r2、r3、r4。图 1.6（b）和图1.6（c）为 BFO 沿（100）方向生长的薄膜材料中长见的两种畴壁排列方式 71°畴和109° 畴。其中 71°畴面外方向全部指向上方，面内方向来回呈“之”字形；而 109° 畴面外方向上下交替反平行，面内方向同样呈“之”字形。具体会形成那哪种畴结构，还与薄膜材料衬底有关。般来说，导电性衬底倾向于形成 71°畴，如图 1.6（d）,导电性衬底与 BFO 的界面有足够的电荷来屏蔽由于化而产 生的单性化束缚电荷；而对于 109° 畴，由于界面处有电荷符号相反的化束缚电荷，可以在交界处形成闭合电场，不需要太多自由电荷，因而更倾向于在导电性不好的衬底上形成。此外，在（100）方向生长的 BFO 薄膜材料中 180°畴结构相对于另外两种畴结构不稳定，不易出现。这种畴结构主要会出现在（111）方向生长的 BFO 薄膜中。

       BiFeO3 薄膜材料化方向除了受衬底导电性影响，还与材料与衬底的界面有关。如图（1.7）的示意图所示，相同条件生长在 La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 衬底上的BFO薄膜，其铁电方向在BiO界面终止层的情况下铁电化指向界面外方向，而在 La0.7Sr0.3O 界面终止层的情况下化指向界面。其主要原因是，不同界面终止层的原子电负性不样，相对于体内所显的电势差也因此不同。铁电的化会在内部形成个和化方向相反的退化电场，这个电场的方向倾向于抵消由界面电负性所带来的电势差。所以界面到体内不同的电势差，需要不同方向的退化电场，也就需要铁电化的方向不同。