研究人员发现一种全新的铁电畴翻转机制

铁电畴的翻转关乎铁电材料的多种性能如压电性能、电卡性能、铁电存储性能等。铁电准同型相界由于具有超高压电性能,因而理解铁电准同型相界处的畴翻转机制对于进一步开发高性能压电材料具有重要的意义。普遍认为,铁电准同型相界处畴翻转是通过极化的逐渐旋转来实现,然而极化旋转理论只针对单畴,仍然不能解释铁电准同型相界材料的多畴状态在外电场下如何翻转。

近日,前沿院青年教师柯小琴博士和王栋博士通过相场模拟发现了铁电体准同型相界处的一种全新的畴翻转机制。该研究发现,在铁电准同型相界处,大畴可以通过类似于成分条幅分解的形式长出两种不同极化方向的纳米畴,从而形成畴中畴纳米畴结构。由于该种畴翻转机制与成分的条幅分解非常类似,因此把它命名为“极化条幅分解”。与成分条幅分解类似,极化条幅分解是由于大畴的极化方向处在自由能二阶导小于零的位置,因此可以自动分解成两种纳米畴。进一步的研究发现,与单畴极化旋转相比,极化的条幅分解机制可以进一步增强铁电准同型相界的压电性能。

研究人员发现一种全新的铁电畴翻转机制

该研究揭示了铁电准同型相界处畴翻转的一种全新机制,完善了铁电准同型相界处的畴翻转机制研究。这种全新的极化条幅分解机制可以帮助理解铁电准同型相界处的高压电性能,并且对于铁电相变理论的发展具有重要意义。

以上研究结果以论文形式发表在物理学旗舰期刊Physical Review Letters上,论文题目为“Polarization Spinodal at Ferroelectric Morphotropic Phase Boundary”。前沿院青年教师柯小琴为本论文的第一作者,前沿院青年教师王栋为本论文的通讯作者,前沿院任晓兵院长及美国俄亥俄州立大学王云志教授共同参与了该课题的研究。西安交大前沿院为本文的第一作者单位和通讯作者单位。该项研究工作得到了国家自然科学基金,西安交通大学的经费支持。

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