自支撑铁电多层膜：从薄膜到块体行为的交叉

铁电薄膜的相态和物理性质通常与块体铁电体截然不同。本文提出将自支撑铁电-弹性多层膜作为这两种材料体系之间的桥梁。利用非线性热力学理论，我们确定了此类多层膜的相态随温度、失配应变和铁电材料体积分数fi的变化。对两种经典铁电体——PbTiO3和BaTiO3——进行的数值计算表明，在极限情况fi→0和fi→1下，多层膜的极化态分别与薄膜和块体晶体一致。然而，在中间体积分数下，多层膜的失配应变-温度相图与外延薄膜的相图有很大不同。值得注意的是，在BaTiO3多层膜中可以稳定存在一种在薄膜和块体晶体中均不存在的铁电相。由于具有额外的可调参数和减小的夹持效应，铁电多层膜可能在广泛的应用中表现出优越性。