本報訊（記者嚴濤、王敏）中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心教授吳文彬、王凌飛團隊與西北大學教授司良團隊合作，發現一種廣譜高效的新型超四方相水溶性犧牲層材料Sr4Al2O7。該高性能氧化物材料可用于制備多種高完整性高質量自支撐氧化物薄膜。相關研究成果近日發表于《科學》。

多年來，自支撐氧化物薄膜的主流制備方法是基于水溶性犧牲層的薄膜生長、剝離和轉移技術。然而，國際上普遍使用的Sr-Al-O基水溶性犧牲層與目標氧化物薄膜之間會形成高密度界面缺陷，導致水輔助剝離和轉移過程中自支撐氧化物薄膜產生高密度裂紋，顯著影響結晶性和完整性。因此，如何抑制缺陷形成，獲得大面積、高結晶性、高性能的自支撐薄膜是關鍵科學問題。

研發團隊深入探索了Sr-Al-O基水溶性薄膜的激光分子束外延生長窗口，利用精細的薄膜生長控制技術發現了一種新型水溶性犧牲層材料——Sr4Al2O7。

系統性實驗表征和第一性原理材料模擬計算發現，雙軸應變下的Sr4Al2O7薄膜具有四方結構對稱性，與多數ABO3鈣鈦礦材料可以形成高質量共格外延生長，抑制了界面處缺陷的形成和水輔助剝離過程中裂紋的產生，顯著提升了自支撐氧化物薄膜的結晶性和完整性。研究團隊發現從Sr4Al2O7上剝離的自支撐薄膜中無裂紋區域可以擴展到毫米級，比目前已報道的同類自支撐薄膜樣品在尺寸上高1~3個數量級，且其結晶性和功能性可以與單晶襯底上生長的外延薄膜媲美。

Sr4Al2O7薄膜具有寬且穩定的激光分子束外延生長窗口，與多數鈣鈦礦氧化物薄膜的生長兼容，制備工藝具有普適性。研究團隊進一步發現Sr4Al2O7獨特的化學組分和晶體結構導致其具有極高的水溶性，可以將水輔助剝離時間縮短近一個數量級，顯著提升自支撐氧化物薄膜的制備效率，有助于大規模高性能氧化物薄膜的制備。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adi6620

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