近日，物理学院郑立梅教授团队在弛豫铁电单晶研究领域取得新进展，通过微结构调控方法实现了弛豫铁电单晶中压电性和矫顽电场的协同优化，相关研究成果以“Simultaneously achieving giant piezoelectricity and record coercive field enhancement in relaxor-based ferroelectric crystals”为题发表在Nature Communications上。山东大学为论文第一单位，郑立梅教授为论文通讯作者。

图1.PSN-PMN-PT单晶样品的性能参数

具有超高压电性的弛豫铁电单晶自被发现以来便引起研究者的广泛关注。铁电材料中的高压电响应和强矫顽电场均是至关重要的性能参数，分别保证其在机电器件中实现高工作效率和宽工作场下的稳定应用。然而，同时实现压电性和矫顽电场的增强非常具有挑战性。本文在Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（PMN-PT）弛豫铁电单晶中掺杂少量Sc元素，形成新型三元系Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（PSN-PMN-PT）晶体。PSN-PMN-PT单晶具有非常弥散的局域异质结构，且其中包含强晶格畸变的四方相钉扎中心，在热力学上使其自由能结构具有增强的势垒和平坦的势阱。这一结构使单晶同时具有高矫顽电场（E_C=8.2 kV/cm，约为PMN-PT单晶的3倍）和超高压电性能(d₃₃= 2630 pC/N，d15 = 490 pC/N)。这一研究为从原子角度改善铁电体的功能特性提供了一种简单、实用和通用的途径，这对于未来材料的设计至关重要。

图2.高分辨X射线衍射仪及测试结果

图3.针尖增强拉曼测试系统及PFM翻转谱测试结果

大型仪器公共技术平台为相关研究提供了重要技术支撑：结构成分与物性测量平台的日本理学高分辨X射线衍射仪（图2）支撑了晶体的物相结构表征，结构成分与物性测量平台的针尖增强拉曼测试系统 (图3)支撑了晶体的微观电畴观测。

注：文中图片来源于山东大学物理学院郑立梅教授团队发表的论文“Simultaneously achieving giant piezoe-lectricity and record coercive field enhancement in relaxor-based ferroelectric crystals”。 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29962-6