金 朝，庞 海，杨 洋，冯列峰

(1.天津大学 理学院 应用物理系,天津 300354;2.天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室,天津 300354)

第7届全国大学生物理实验竞赛综合研究性实验试题D结合物理学前沿问题“多铁性及其电场调控”，首先考察了学生对铁电概念的理解和对铁电材料电滞回线的测量，探究铁电材料的矫顽电压与剩余极化强度，进而研究剩余铁电极化对复合半导体薄膜材料电阻特性的调控. 试题重点考察学生对研究背景与实验内容的学习能力，对实验仪器的掌握与操作技能，对实验结果的分析与理解等综合能力，试题设计难度较高.

1 题目背景

1994年，Schmid提出了“多铁性”的概念，为开发基于铁电效应的存储器件提供了可能. 如果材料中的某个序参量存在自发长程有序结构，且当外界场效应对该结构进行扰动时，造成序参量表现出类似于磁滞回线的行为，就定义这种特性为“铁性”[1-2].

铁电性可以理解为一些电介质晶体在一定的温度下发生电偶极矩的畴化，从而在外电场为零时仍出现自发电偶极矩的行为. 此外，外电场作用下铁电基底可以产生应变和铁电场效应，可用于对氧化物半导体薄膜/铁电单晶基底异质结电性的可逆、非易失性调控[3].

试题分为2部分. 第1部分研究在外电场作用下材料的铁电性质，采用了新型压/铁电材料：Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3(PMN-PT)单晶. PMN-PT由弛豫铁电体铌镁酸铅(PbMg1/3Nd2/3O3)和普通铁电体钛酸铅(PbTiO3)2种钙钛矿型铁电体固溶而成，其压电性能高,机……