电场依赖的bulk 单结晶 BaTiO3 的热导率
材料科学
2025-11-20 v1
摘要
主动热管理需要热开关材料的进步，其热导率能响应外部刺激。由于电场是最便捷且最有效的刺激，已显示出在调控铁电材料热导率方面的巨大潜力。虽然前期研究在薄膜和具有强外异构界面和缺陷散热的 bulk 固体溶液方面聚焦电场诱导的铁电热开关，但能够提供内在热开关机制清晰洞察的 bulk 单结晶材料尚受关注较少。本文展示了在室温下实现 BaTiO3（BTO）bulk 单结晶的电场诱导热开关，并阐明了域演化和老化在控制热传递中的关键作用。我们采用带有内置电场的定制稳态平台，观察到在极化重整和域重构驱动下，BTO 的热导率可实现最高 35% 的调制。第一性原理有限温度晶格动力学计算确认，开关行为主要源于域配置相关的各向异性声子传输，而非应变引起的声子速度变化。我们进一步发现，无论是环境老化还是受控热老化，都可通过形成和排列缺陷偶极子来增强开关对比度，这些缺陷偶极子调制了声子-缺陷散热。这些结果确立了缺陷-域相互作用作为铁电热开关的强大设计参数，并展示了一个可探索场调控热传递和相行为的 versatile 实验平台。
引用
@article{arxiv.2511.14974,
title = {Electric-Field-Dependent Thermal Conductivity in Fresh and Aged Bulk Single Crystalline $\mathrm{BaTiO_3}$},
author = {Fanghao Zhang and Guanchun Rui and Yujie Quan and Shantal Adajian and Matthew Delmont and Q. M. Zhang and Bolin Liao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.14974},
year = {2025}
}