科學家在反鐵電鈣鈦礦氧化物研究中取得新進展

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員許鈁鈁團隊和王根水團隊合作，通過構建晶格失配誘導相分離的策略，在鋯酸鉛（PbZrO₃）薄膜中構建出理論預測的三倍周期調制結構，且其體積分數可以通過薄膜的厚度進行調控。相關研究結果發表于《自然—通訊》。

反鐵電鈣鈦礦氧化物中自發極化呈出現豐富的調制序構，在電場激勵下可以實現反鐵電態和鐵電態之間的可逆或不可逆轉變，并伴隨著強烈的電荷、體積或熱量變化，是儲能、換能和驅動等應用的關鍵物理基礎。目前，國際上關于PbZrO₃基反鐵電材料的基態結構存在廣泛爭議，不同學者提出了多種能量相近并相互競爭的極化序構理論。

研究團隊實驗發現了特殊的三倍調制周期亞鐵電相與經典的四倍調制周期反鐵電相形成交替共生的分相結構，并揭示了三倍調制周期亞鐵電相隨薄膜厚度增大而逐漸增多的現象，該現象主要與反相疇界有關。薄膜/襯底界面通過形成失配位錯釋放了大部分襯底對薄膜的壓應力，失配位錯、薄膜厚度和熱膨脹系數等多種因素決定了薄膜內反相疇界的密度，通過控制反相疇界的形成，可以利用膜厚來調控三倍周期亞鐵電相的體積分數。 

PbZrO₃基反鐵電材料中新型三倍周期極化序構及其形成機制。圖片來源于《自然—通訊》 

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47776-6