研究发现单斜相场致相变是钙钛矿型压电体优异压电性的结构起源

      钙钛矿型功能氧化物是一类广泛运用的压电材料，早在上个世纪就发现其在准同型相界附近具有最优异的压电性，目前认为其来源可能为：极化旋转、畴壁运动和场致结构转变。但是这三种机制都是基于多种复杂的工程陶瓷提出，对于其确切的内在机制一直争议不断，因此迫切需要一种简单的原型材料体系来澄清这一基础科学问题。

    近日，邹敏杰、唐云龙和朱银莲等人利用高指数[111]取向的单晶衬底稳定了本应在极端条件下(>10GPa或<20K)才能存在的准同型相界处的单斜相PbTiO₃，并利用这一简单模型体系阐述了压电性来源问题。2021年2月15日，Acta Materialia期刊以“Deterministic contribution of lowsymmetry phases to piezoresponse in oxide ferroelectrics”为题刊登了该项研究成果。他们利用[111]取向的SrTiO₃衬底对外延生长的PbTiO₃施加外延应变，使室温下为四方相的PbTiO₃转变为低对称单斜相（图1），这种单斜相在外加电场的作用下，会依次发生极化旋转、纳米畴翻转和单斜-四方结构转变，通过测定转变过程中薄膜面外方向的位移变化，在这一简单体系中同时对比了这三种转变过程对压电性的贡献，发现相对于其他两个过程，场致结构相变过程是压电性贡献的主要来源（图2）。

该项工作提出了一种制备室温下单斜相的方法，并在多尺度澄清了准同型相界处压电性的结构起源，为设计基于低对称相的高性能压电材料提供一定的借鉴。