西安交大&賓州州立最新Nature: 具有超高壓電性能的透明鐵電晶體

nanoCJ 4年前 (2020-01-15) 6520瀏覽

【引言】

透明的壓電材料在超聲光學器件如光聲成像換能器以及可用于觸覺應用的透明致動器的制備方面蘊含著巨大的應用價值。然而，由于大多數高性能壓電材料都是內部存在高密度光散射疇壁的鐵電體，因此制備同時具有高壓電性和優異透明度的結構一直被認為是艱巨的挑戰。

【成果簡介】

西安交大的李飛、徐卓以及美國賓州州立大學的陳龍慶（共同通訊作者）等人聯合報道制備了性能優異的透明壓電材料。通過相場模擬和實驗，研究人員利用交流電場設計構建了原本不透明的斜方Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃ (PMN-PT)晶體，同時產生了接近理論極限的透光性以及超高的壓電性能。研究人員對該種晶體進行了性能檢測，其壓電系數d₃₃超過2100Pc/N，機電耦合系數k₃₃則達到了94%左右，而電光系數γ₃₃則為220pm/V。研究人員還發現，晶體的壓電性能能夠隨著疇尺寸的增大而提高，挑戰了 “低疇尺寸導致高壓電性能”這一傳統認知，為雜化器件的設計和制備提供了新的思路。2020年01月15日，相關成果以題為“Transparent ferroelectric crystals with ultrahigh piezoelectricity”的文章在線發表在Nature上。