近日，《自然》（Nature） 子刊《自然▪通訊》（《Nature Communications》）以“具有典型雙電滞回線的NaNbO3反鐵電體”（ “Well-defined double hysteresis loop in NaNbO3 antiferroelectrics” ）為題，報道了我院羅能能教授團隊關于NaNbO3反鐵電體的最新研究進展。羅能能教授為第一和通訊作者，太阳成集团為第一單位。澳大利亞伍倫貢大學、清華大學、北京理工大學、香港理工大學為該工作的重要合作單位。這也是該團隊近年來在《Nature Communications》發表的第2篇關于反鐵電材料的學術論文。
反鐵電體具有特殊的雙電滞回線特征、大的極化強度和應變，在電介質儲能、電卡制冷、大應變制動等領域具有重要的前景。NaNbO3作為一類重要的無鉛反鐵電材料，距今已有70年的曆史。然而，雖然NaNbO3具有典型的反鐵電體結構特點，但在電場作用下隻能獲得方形的類似鐵電體的電滞回線，限制了其實際應用。針對上述問題，羅能能教授團隊首先對NaNbO3的多層次結構進行了分析，并結合第一性原理計算提出了一種“降低氧八面體傾斜角”來穩定反鐵電P相的新策略。基于上述分析，成功在0.75NaNbO3−0.20AgNbO3−0.05CaHfO3陶瓷中實現了P和Q相的可逆相變，獲得了可與鉛基反鐵電體比拟的典型雙電滞回線，即具有小的電滞回線回滞、低剩餘極化強度、高的相變臨界電場和零負應變。通過測試首圈和第二圈的電滞回線，應變曲線，極化後的壓電常數，以及原位變電場拉曼等方法證明新設計的組分具有優異的反鐵電-鐵電可逆相變。同時，采用STEM和同步輻射XRD證實了八面體傾轉角的降低是實現典型雙電滞回線的原因，從而證實了調控晶格旋轉畸變穩定反鐵電相這一思想的正确性。本研究解決了NaNbO3反鐵電體中困擾學界近70年的難題，也為新型無鉛反鐵電材料的開發提供了從材料設計、理論預測和實驗驗證的科學範式。
論文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37469-x
編輯|歐陽悅
審核|陳慶發
主編|沈大強
