近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理學(xué)院田浩教授、譚鵬副教授與西安交通大學(xué)李飛教授、澳大利亞伍倫貢大學(xué)張樹君教授合作，在鈣鈦礦鐵電體高度可調(diào)壓電性能的物理解析方面取得重要進展。研究團隊以鉭鈮酸鉀單晶為基質(zhì)，通過鐵、錳摻雜，揭示了過渡金屬摻雜調(diào)控本征極化行為和壓電性能的途徑，為鈣鈦礦鐵電體的策略性設(shè)計提供了范例。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）

壓電性是鈣鈦礦鐵電體的關(guān)鍵特性，使其成為宏觀到微納尺度機電系統(tǒng)的核心。以微量過渡金屬摻雜和衍生空位為代表的缺陷工程策略在調(diào)節(jié)壓電性能方面展現(xiàn)出巨大潛力。研究團隊選取正交晶相鈣鈦礦鉭鈮酸鉀單晶作為研究對象，引入常在“硬性”鐵電體中用作摻雜劑的鐵和錳元素，從本征極化行為出發(fā)，探究了過渡金屬摻雜如何調(diào)控壓電性能。研究表明，盡管鐵和錳都以受主摻雜形式進入晶格，但它們誘導(dǎo)的缺陷結(jié)構(gòu)中特定的電子構(gòu)型對晶格畸變、自發(fā)極化取向和局域電荷分布產(chǎn)生了不同的調(diào)控作用。該研究通過精心選擇過渡金屬摻雜元素并設(shè)計功能性缺陷偶極子，可為鈣鈦礦鐵電體的設(shè)計提供豐富的可能性。