Strain‐driven Mixed‐phase Domain Architectures and Topological Transitions in Pb <sub>1‐x</sub> Sr <sub>x</sub> TiO <sub>3</sub> Thin Films

材料科学 铁电性 薄膜 钛酸锶 相变 凝聚态物理 相(物质) 电介质 结晶学 拓扑(电路) 化学物理
作者
Pravin Kavle,Jacob A. Zorn,Arvind Dasgupta,Bo Wang,Maya Ramesh,Long‐Qing Chen,Lane W. Martin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: 2203469-2203469
标识
DOI:10.1002/adma.202203469
摘要

The potential for creating hierarchical domain structures, or mixtures of energetically degenerate phases with distinct patterns that can be modified continually, in ferroelectric thin films offers a pathway to control their mesoscale structure beyond lattice-mismatch strain with a substrate. Here, it is demonstrated that varying the strontium content provides deterministic strain-driven control of hierarchical domain structures in Pb1-xSrxTiO3 solid solution thin films wherein two types, c/a and a1/a2, of nanodomains can coexist. Combining phase-field simulations, epitaxial thin-film growth, and detailed structural, domain, and physical-property characterization, it is observed that the system undergoes a gradual transformation (with increasing strontium content) from droplet-like a1/a2 domains in a c/a domain matrix, to a connected-labyrinth geometry of c/a domains, to a disconnected labyrinth structure of the same, and, finally, to droplet-like c/a domains in an a1/a2 domain matrix. A relationship between the different mixed-phase modulation patterns and its topological nature is established. Annealing the connected-labyrinth structure leads to domain coarsening forming distinctive regions of parallel c/a and a1/a2 domain stripes, offering additional design flexibility. Finally, it is found that the connected-labyrinth domain patterns exhibit the highest dielectric permittivity. This article is protected by copyright. All rights reserved

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