科学家在反铁电钙钛矿氧化物研究中取得新进展

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员许钫钫团队和王根水团队合作，通过构建晶格失配诱导相分离的策略，在锆酸铅（PbZrO₃）薄膜中构建出理论预测的三倍周期调制结构，且其体积分数可以通过薄膜的厚度进行调控。相关研究结果发表于《自然—通讯》。

反铁电钙钛矿氧化物中自发极化呈出现丰富的调制序构，在电场激励下可以实现反铁电态和铁电态之间的可逆或不可逆转变，并伴随着强烈的电荷、体积或热量变化，是储能、换能和驱动等应用的关键物理基础。目前，国际上关于PbZrO₃基反铁电材料的基态结构存在广泛争议，不同学者提出了多种能量相近并相互竞争的极化序构理论。

研究团队实验发现了特殊的三倍调制周期亚铁电相与经典的四倍调制周期反铁电相形成交替共生的分相结构，并揭示了三倍调制周期亚铁电相随薄膜厚度增大而逐渐增多的现象，该现象主要与反相畴界有关。薄膜/衬底界面通过形成失配位错释放了大部分衬底对薄膜的压应力，失配位错、薄膜厚度和热膨胀系数等多种因素决定了薄膜内反相畴界的密度，通过控制反相畴界的形成，可以利用膜厚来调控三倍周期亚铁电相的体积分数。 

PbZrO₃基反铁电材料中新型三倍周期极化序构及其形成机制。图片来源于《自然—通讯》 

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47776-6