- 光重塑鐵電薄膜，為無線傳感器與微器件開辟新可能
- 來源：弗林德斯大學 發表于 2025/10/27
圖形摘要來源：《ACS 納米》（2025 年），DOI：10.1021/acsnano.5c05203
一支國際研究團隊近期在 “光致伸縮” 技術上取得突破，進一步推動了利用低能量光制備微器件用鐵電薄膜的研究進程，為相關領域發展注入新動力。
弗林德斯大學的潘卡吉夏爾馬博士表示：“材料的光致非熱形變（又稱光致伸縮）具有將光子能量直接轉化為機械運動的優勢，為研發無線、光供能傳感器及光機械器件提供了極具吸引力的可能。”
自 20 世紀 60 年代光致伸縮現象被發現以來，科學家已在多種材料中對其展開研究，涵蓋半導體、氧化物、鐵電體及聚合物等。然而，這些材料體系大多面臨諸多挑戰。
“傳統半導體的光致伸縮響應較弱，鉛基材料存在環境隱患，部分光敏化合物則穩定性欠佳。” 夏爾馬博士指出。他不僅是弗林德斯大學物理學高級講師，還是發表于《ACS 納米》期刊的最新研究論文的通訊作者及第一作者。該論文標題為《BiFeO₃中的巨光致伸縮與光調制鐵電性》。
他補充道：“鐵電體作為磁性材料的電學類似物，雖頗具應用潛力，但目前其光響應大多局限于紫外光范圍；且在基底上生長的外延薄膜，性能還會受基底束縛的限制。”
如今，該研究團隊已在無束縛的 BiFeO（一種多鐵性材料）薄膜中，成功觀測到可見光照射下的顯著光致伸縮效應。
BiFeO（即鐵酸鉍）是一種具有鈣鈦礦結構的無機化合物，屬于室溫多鐵性材料 —— 這意味著它同時具備鐵電性與反鐵磁性。其磁學和電學性能可通過外場調控的特性，使其在新型電子器件、自旋電子器件，以及光催化、儲能等應用領域中極具潛力。
這項新研究表明，通過低成本、可規模化的噴霧熱解工藝制備的 BiFeO納米結構薄膜，僅需極低的光功率，就能產生創紀錄的光驅動應變。
“光可精準調控這類薄膜的內部結構與電子響應。” 來自弗林德斯大學科學與工程學院的夏爾馬博士表示，“這預示著未來微器件有望完全依靠光實現供能與驅動。”
該研究的第一作者、弗林德斯大學博士后研究員張浩澤博士補充道：“這類材料有望成為光控驅動器、無線傳感器及自供能光機械系統的核心基礎。”
實現這一突破的關鍵在于無束縛的 BiFeO納米晶薄膜 —— 這類薄膜內部存在密集的疇壁網絡。疇壁是晶體內部原子級厚度的邊界結構。
張浩澤博士解釋道：“受光照射時，這些疇壁能高效分離光生載流子；同時，納米晶體可更自由地運動，進而產生強烈的機電響應。”
“最終產生的光致伸縮效應，強度可達體相 BiFeO晶體的 5 倍，與先進鹵化物鈣鈦礦材料相當，但不存在后者的穩定性問題與毒性隱患。”
研究團隊通過調控光的波長與強度，實現了對薄膜壓電性能和鐵電性能的精細控制，為研發高能效、多功能納米級器件搭建了靈活通用的平臺。
期刊信息：《ACS 納米》信息提供：弗林德斯大學
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