第2期 柯丹等：自组织纳米复合薄膜BiFeO3-CoFe2O4的微结构与相成分 ·219· 面的截面和平面高分辨透射电子显微镜像.其中 STO(a=0.3905nm)略大.所以在薄膜系统中，BF0 面外取向关系[001Bro/1001]cFo,面内取向关系 薄膜面内受到压应力，而面外即沿c轴方向001] [110]BFo/110cFo,即BFO和CF0相均沿[001 方向晶格变长.结合复合薄膜高分辨透射电子显微 方向并垂直于衬底ST0表面(001)面)外延生长， 镜像和电子衍射谱，得到STO和BFO的面间距d 两相之间是以{110}面键合. 如下：ST0,do01)=0.3907nm;BF0,do10)=0.391 块体材料的BF0点阵参数为0.3962nm,比 nm,d(o01)=0.3981nm. (a) Bi (c) Fe (d) 500 Co Bi 400 8 300 200 M/ 100 0 0.000.050.100.150.200.25 位置/m 图4(a),(c)BFO-CFO复合薄膜截面样品的Z衬度像：(b)Bi、Co、Fe及O的元素成分图（图(a)方框）：(d)沿图(c)中线段所 示的轨迹进行线扫描得到的成分变化曲线 Fig.4 (a),(c)Cross-sectional Z-contrast microscopy images of the BFO-CFO composite film;(b)elemental mapping images of Bi,Fe,Co and O obtained from the area marked by a square in Fig.4(a);(d)line scan spectrum obtained along a line in Fig.4(c) 以STO块体点阵常数作内标法，可得校5.29%.可见由于本研究中的外延薄膜厚度相对较 正后BF0在[010]和001两个方向的面间厚（约160m),薄膜在面内和面外两个方向错 距：d010)=0.3912nm,do01)=0.3983nm.可见，在 配应力和应变基本释放，平均约每20个晶面会 薄膜系统中BFO面内[O10]方向上比未畸变的块 出现一个位错，与其他学者的建模理论结果相吻 体晶格参数0.3962nm小，而面外001]方向却明显 合16-18 变大，这与“其在面内受到界面压应力的作用，在 由图2(c)可知，在复合薄膜表面尖晶石CFO 面外晶格常数增大”相吻合.对于晶格常数较大的 纳米柱凸出形成小刻面.图6(a)是[110]带轴下 CFO也有相同结果. 薄膜表面BFO-CFO界面处的高分辨电子显徽镜 铁电性与磁性在界面处耦合的一个相关问题 像，可以看到CF0纳米柱表面为{111}晶面以及 体现在界面处原子匹配程度.为了揭示晶格错配度， BF0的(001)面：(b)和(C)为相应[110带轴下 对图5(a)和(c)给出的BFO-CFO薄膜界面的截面 的CFO和BFO结构示意图.可以确定BFO-CFO 和平面高分辨透射电子显微镜像分别作一维傅里叶 界面为{110}晶面，且CF0凸出小刻面为{111}晶面 变换，如图5(b)和(d所示.从截面和平面两个视 而BFO表面仍为平行于衬底的(O01)晶面. 图方向的一维傅氏变换图可以看出，大约每隔20 研究表明：钙钛刊矿结构如BFO拥有{100}低能 个晶面出现一个额外的BF0面，相当于5%的晶格 面，相对应等价为六个{100}面的立方体；而在尖 错配度.在块体材料中，CF0{110}面间距为0.5936 晶石如CF0中，{111}面是最低能量面，相对应 nm,BFO{110c为0.563nm.两者的失配度6为： 等价为拥有八个{111}面的八面体8).如图6(d)所 示，当BFO-CFO外延生长在(O01)钙钛矿衬底上 6= d(110)CFo -d(110)BFO 时，钙钛矿BFO与衬底完全润湿，呈层状生长， (d(110)CFo +d(110)BFO)/2 并在薄膜表面以其最低能量面(001)终结，即平行 由上式计算得到两块体材料的晶格失配约 于(O01)ST0村底，形成平整的表面：而尖晶石