近日，我院郑立梅教授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。77779193永利集团为论文第一单位，郑立梅教授为论文通讯作者。

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。下图总结了各种弛豫铁电晶体的矫顽场E_C和压电系数d₃₃之间的关系，表明压电活性与矫顽电场之间往往存在此消彼长的关系。是否可在不牺牲超高压电性的前提下增强矫顽电场？要克服这一问题，需要提出一种新的设计策略，以实现压电性和矫顽电场的协同优化，达到压电器件同时满足高功率、高场驱动的需求。

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。

该研究工作得到了77779193永利集团齐鲁青年学者配套经费、国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金重点项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29962-6