块体铁电异质结构：压印驱动器
材料科学
2025-09-09 v1
摘要
畴切换是铁电材料的基石。大多数相关功能均可通过畴切换进行调节，包括但不限于压电性、热导率、畴壁电导率和拓扑结构。然而，实现可逆铁电畴切换的全部潜力受到无法完全访问整个铁电纹理空间的限制，以及与铁电体滞回特性相关的记忆效应和能量耗散。通过利用异质界面的价态或晶格失配，可以在外延异质结构中适度调控畴切换行为，但这通常受限于二维结构的必要性。在本研究中，通过元素分区构建的畴工程块体铁电异质结构（DE-BFH）被用于释放块体铁电体的全部潜力，从而在整个铁电纹理空间范围内全面控制畴切换特性并实现可调的可逆性。典型的 DE-BFH 陶瓷在轴向和剪切模式下均表现出前所未有的可逆电应变和稳定性提升，包括在中间场强下达到 0.9% 的创纪录峰峰值剪切应变，该结果由数字图像相关测量和原位同步辐射 XRD 研究证实。DE-BFH 中畴切换行为的进步还可以推动新型无铅压电器件的发展，包括驱动器、能量收集器、多态存储器和畴壁开关。此外，DE-BFH 的设计概念可以通过将其适用范围扩展到整个铁电家族（包括多晶、单晶和薄膜形式），为创造独特的铁弹、铁磁和多铁材料做出贡献。
引用
@article{arxiv.2509.06177,
title = {Bulk Ferroelectric Heterostructures: Imprinted Actuators},
author = {Yizhe Li and Ziqi Yang and Ying Chen and Zhenbo Zhang and Yun-Long Tang and Annette K. Kleppe and Egor Koemets and Xuezhen Cao and Steven J. Milne and Juncheng Pan and Jiajun Shi and Yuge Yang and David A. Hall},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.06177},
year = {2025}
}