反鐵電鈣鈦礦氧化物中自發(fā)極化具有豐富的調制序構，在電場(chǎng)激勵下可以實(shí)現反鐵電態(tài)和鐵電態(tài)之間的可逆或不可逆轉變，并伴隨強烈的電荷、體積或熱量變化，成為儲能、換能和驅動(dòng)等應用的關(guān)鍵物理基礎。近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員許鈁鈁帶領(lǐng)的材料透射電鏡顯微結構表征團隊聯(lián)合研究員王根水率領(lǐng)的鐵電陶瓷材料與器件研究團隊，在鋯酸鉛（PbZrO3）基反鐵電材料的極化序構研究方面取得進(jìn)展。
目前，理論提出了多種能量相近并相互競爭的極化序構，但關(guān)于PbZrO3基反鐵電材料的基態(tài)結構存在爭議。其中，具有三倍調制周期的亞鐵電相是調制周期小于經(jīng)典四倍周期的反鐵電相。因此，實(shí)驗驗證這一新型亞鐵電相的客觀(guān)存在與調控，對于研究PbZrO3基反鐵電材料具有重要意義。
該團隊通過(guò)構建晶格失配誘導相分離的策略，在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(guò)薄膜的厚度進(jìn)行調控。實(shí)驗發(fā)現，這一特殊的三倍調制周期亞鐵電相與經(jīng)典的四倍調制周期反鐵電相形成交替共生的分相結構且寬度約為3~20 nm，在[100]取向的薄膜中兩相的界面平行于（110）面且貫穿薄膜；研究發(fā)現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，這一現象背后的物理機制與反相疇界有關(guān)。薄膜/襯底界面通過(guò)形成失配位錯釋放大部分襯底對薄膜的壓應力，同時(shí)，失配位錯、薄膜厚度和熱膨脹系數等因素決定薄膜內反相疇界的密度。由于反相疇界是三倍周期調制結構的形核點(diǎn)和前驅體，因此通過(guò)控制反相疇界的形成便實(shí)現了利用膜厚來(lái)調控三倍周期亞鐵電相的體積分數。上述研究為剖析PbZrO3基反鐵電材料的極化序構以及利用新型三倍周期結構開(kāi)展性能研究奠定了基礎。
相關(guān)研究成果以Room-temperature Stabilizing Strongly Competing Ferrielectric and Antiferroelectric phases in PbZrO3?by Strain Mediated Phase Separation為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì )和上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì )的支持。
PbZrO3基反鐵電材料中新型三倍周期極化序構及形成機制
特別聲明：國家電投官方網(wǎng)站轉載其他網(wǎng)站內容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時(shí)并不代表贊成其觀(guān)點(diǎn)或證實(shí)其描述，內容僅供參考。版權歸原作者所有，若有侵權，請聯(lián)系我們刪除。
