《科學》+1!盤點西安交大近期6篇《科學》

　　西安交大研究成果在《科學》刊發

　　發現單晶鐵電氧化物薄膜超彈性行為

　　北京時間2019年10月25日，美國《科學》雜誌在線發表了西安交通大學電信學部劉明教授課題組和材料學院丁向東教授課題組的最新合作論文：

　　Super-elastic ferroelectric single-crystal membrane with continuous electric dipole rotation《具有連續電偶極旋轉的超彈性鐵電單晶薄膜》。

　　鐵電材料介紹

　　鐵電材料是一種具有自發極化，且能夠實現機械能和電能轉換的功能材料，在磁電互調、機械驅動、壓力傳感和數據存儲等領域具有廣泛的應用。柔性電子技術正帶來一場智能可穿戴技術革命，而鐵電材料將在柔性電子領域將扮演重要角色。由於存在缺陷、晶界以及氧化物離子鍵/共價鍵本身延展性相對較小等問題，塊體鐵電氧化物表現出一定脆性和剛性。如何克服這些困難，在鐵電薄膜中實現超彈性和柔性並將其應用在柔性電子器件中是目前亟待解決的問題。

　　研究成果

　　圖A-C BaTiO3薄膜轉移前/後晶體結構示意圖、RSM及光學照片;

　　圖D BaTiO3/Pt/Si的面外PFM相位圖;

　　圖E 自支撐BaTiO3薄膜的STEM圖像;

　　圖F 原位SEM彎曲測試;

　　圖G 原子模擬計算加載卸載過程彎矩與應變的關係;

　　圖H 彎曲前/後鐵電極化的演變圖。

　　聚焦此關鍵科學問題，西安交大劉明教授團隊和丁向東教授團隊合作，對鐵電單晶薄膜材料柔性和彈性的力學行為進行了深入研究，並取得了重大突破。研究採用水溶性的Sr3Al2O6作為犧牲層，製備並剝離出大面積的自支撐BaTiO3 (BTO)單晶鐵電薄膜。

　　實驗發現：

　　1、通過納米機械臂對其進行原位彎曲實驗，發現BTO薄膜能夠實現180°摺疊，其承受的最大彎曲應變高達~10%。

　　2、在對其進行大角度壓縮後，隨著外力撤去，BTO薄膜的形狀能夠回彈，展現出超彈性行為。

　　3、採用原子模擬計算發現，BTO薄膜的超彈性可能起源於鐵電納米疇在大應變梯度下a和c鐵電疇的可逆翻轉。同時在a和c鐵電疇之間產生了極化的連續翻轉，有效降低了能量勢壘，避免了因為疇翻轉而可能導致的斷裂。另外在彎曲狀態下，大應變梯度也將誘導出顯著的繞曲電效應，實現基於力電耦合的功能器件一體化，從而進一步加強基於柔性單晶鐵電薄膜相關器件的功能性。

　　基於本研究結果，可以預期其他鐵電體中也應該存在類似力學行為，為其他鐵電單晶薄膜中實現超彈性提供了實驗依據。此外，具有超彈性的柔性鐵電薄膜也是良好的電場調控介質，將其與柔性鐵電薄膜複合，可避免傳統多鐵薄膜異質結中存在的襯底束縛作用，並顯著提高磁電耦合效應，為未來開發新型小電場可調的柔性磁電器件奠定基礎。

　　這項工作有望使具有柔性、彈性的鐵電薄膜應用於柔性傳感器、存儲器、電子皮膚等領域。

　　該工作西安交通大學為第一和唯一通訊作者單位。電信學部董國華博士、材料學院李蘇植教授和電信學部姚謀騰博士生為共同第一作者。劉明教授、周子堯教授及丁向東教授為共同通訊作者。論文作者還包括清華大學南策文教授、西安交通大學孫軍教授和任巍教授、加拿大西蒙菲莎大學葉作光教授、中國科學院深圳先進技術研究院李江宇教授、中科大羅震林副教授、美國賓夕法尼亞州立大學陳龍慶教授及美國麻省理工大學李巨教授等。特別感謝微納尺度材料行為研究中心張永強同學在電鏡原位表徵方面的技術支持，感謝分析測試共享中心長期提供的技術支持，感謝賈春林科學家工作室提供的微結構分析平臺，感謝西安交大高算中心提供的計算資源支持，工作得到國家基金委和科技部的支持。

　　振奮!

　　一年來，西安交通大學

　　在《科學》雜誌刊發6篇論文!

　　在材料學、生命科學等領域取得重大進展!

　　張偉教授團隊最新成果在《科學》刊發

　　北京時間2019年8月23日，美國《科學》雜誌在線發表了西安交通大學與深圳大學、美國約翰霍普金斯大學的合作論文《超低噪聲與漂移的相變異質結存儲器》(Phase-change heterostructure enables ultralow noise and drift for memory operation)。

　　西安交通大學材料學院金屬材料強度國家重點實驗室微納中心(CAMP-Nano)張偉教授與深圳大學饒峰教授和美國約翰霍普金斯大學馬恩教授通力合作，提出了一種新式的相變異質結(PCH)設計，在面向高精度神經元計算應用的相變存儲材料與器件研究方面取得重要進展。

　　單智偉教授研究團隊最新研究成果在《科學》刊發

　　北京時間2019年7月5日，《科學》雜誌刊發西安交通大學單智偉教授團隊最新研究成果：塑性差並不是鎂的固有屬性，通過提高流變應力(如通過細化晶粒或提高應變速率)來促進位錯形核和滑移，可能是行之有效的增塑方法。

　　李飛教授、徐卓教授團隊科研成果登《科學》雜誌

　　北京時間2019年4月19日，西安交大研究團隊(西安交通大學為第一單位)與美國賓夕法尼亞州立大學、澳大利亞伍倫貢大學、美國北卡州立大學等單位合作，在Science 在線發表題為「Giant piezoelectricity of Sm-doped Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals」的研究論文，在弛豫鐵電單晶材料高性能化研究方面取得了重大突破。

　　程海教授團隊科研成果登《科學》雜誌

　　北京時間2018年12月14日，《科學》雜誌刊登了西安交通大學全球環境變化研究院程海教授等的最新研究成果——葫蘆洞石筍記錄的末次冰期大氣14C/12C變化(Atmospheric14C/12C changes during the last glacial period from Hulu Cave)。

　　該研究成果提供了一條高精度、解析度和最長尺度的Δ14C變化記錄，首次建立了過去5.4萬年以來高精度的14C和230Th年齡對應關係，是該領域具有裡程碑意義的新進展。在14C年齡校正到絕對日曆年齡方面，以及全球變化、考古、大氣-海洋碳循環等研究領域具有重要意義;同時也大大提高了17年前就已經蜚聲中外的葫蘆洞石筍氧同位素記錄的解析度和230Th年代的精準度，為全球變化研究提供精準的過去5.4萬年以來的年代學標尺。

　　《科學》雜誌發表葉凱教授團隊主導的國際合作研究成果

　　北京時間2018年8月31日，西安交通大學葉凱青年科學家工作室團隊、英國約克大學Ian Graham院士團隊、英國Sanger研究所寧澤民研究員合作的學術論文「The opium poppy genome and morphinan production」在《科學》雜誌發表。

　　本項研究在國際上首次公布鴉片罌粟的高質量全基因組序列，揭示其進化歷史上主要加倍和重排事件，闡明嗎啡類生物鹼、合成基因簇的進化歷史，為進一步開發鴉片罌粟藥用價值和揭示罌粟科乃至早期雙子葉植物進化歷史奠定了重要基礎。