高度偏好纠缠纳米域驱动的 NaNbO3 基 ferrodistortive 松弛材料的鲁棒电致热效应
材料科学
2026-02-26 v1
摘要
固态制冷技术以电致热效应 (ECE) 为代表，因其零全球变暖潜能和高制冷效率而著名。实现 ECE 材料高电致热效应 ({\Delta}T) 和宽温度跨度 ({\Delta}Tspan) 的协同，是通往实际制冷应用的关键，尤其是集成电路。基于相场仿真，我们将 Ba(Ti, Hf)O3 称为「极性扳手」，通过建立局部应力场并操纵八面体氧倾斜 (OOT) 来实现极化纠缠于 NaNbO3 基松弛材料中。所得 P4bm 框架包含短程且高度偏好 ferrodistortive 纳米域，即大量高度偏好纳米域有助于增加熵变，鲁棒 OOT 可阻碍热扰动。最终获得 {\Delta}T 为 0.85 K 和 0.70 K，{\Delta}Tspan 为 118 K 和 130 K，NaNbO3-Ba(Ti, Hf)O3 的图谱显著优于其它材料，显著超过其它材料。通过原子分辨率扫描电子显微镜获取的二维信息、来自中子总散射构建的三维大盒模型以及 DFT 计算，我们解密了负责鲁棒 EC 性能的局部结构。这些发现表明，ferrodistortive 松弛材料中的极化纠缠策略为新兴的 EC 性能开辟了道路，也揭示了超越经典铁电和磁性材料的基于熵变的材料潜力。
引用
@article{arxiv.2602.21520,
title = {Robust Electrocaloric Performance Enabled by Highly-Polar Frustrated Nanodomains in NaNbO3-Based Ferrodistortive Relaxor},
author = {Feng Li and Changshun Dai and He Qi and Jiecheng Liu and Xiaoming Shi and Heng Zhou and Qiong Yang and Mingsheng Long and Lei Shan and Chunchang Wang and Jianli Wang and Zhenxiang Cheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.21520},
year = {2026}
}