近日，理學(xué)院青年教師李川福在國(guó)際物理學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《Physical Review B》發(fā)表題為“Significantly enhanced stability of hybrid improper ferroelectricity in SrZr2O7 by isovalent Ca substitution”的學(xué)術(shù)論文。西華大學(xué)為該論文的第一完成單位，理學(xué)院李川福博士為該論文的通訊作者，2022級(jí)碩士生羅倩為論文第一作者。

作為雜化非本征鐵電體（hybrid improper ferroelectric, HIF）這類新型鐵電材料的代表，A2A′B2O7 型雙層 Ruddlesden–Popper 型鈣鈦礦氧化物近年來(lái)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。然而，這類材料的鐵電態(tài)對(duì)外延應(yīng)變的低穩(wěn)定性及自發(fā)極化強(qiáng)度（P）不足，仍然是其實(shí)際應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)。以典型 HIF 化合物 Sr3Zr2O7為例，文獻(xiàn)研究表明，在僅約 ±2% 的外延應(yīng)變時(shí)，其鐵電基態(tài)（極性A21am相）會(huì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉菢O性相，鐵電性會(huì)消失。其在多晶樣品中測(cè)得的極化強(qiáng)度僅為 P ~ 0.30 μC/cm2，理論預(yù)測(cè)的最大極化也僅為 ~ 6.75 μC/cm2，均難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。為解決這一問(wèn)題，該研究采用第一性原理計(jì)算，從理論上探索了通過(guò)選擇性地將A位Sr原子等價(jià)替換為相對(duì)原子半徑較小的Ca原子這一策略，系統(tǒng)研究增強(qiáng)Sr3Zr2O7鐵電穩(wěn)定性和極化強(qiáng)度的可能性。研究表明，在這一合理的替換策略下，相較于競(jìng)爭(zhēng)相非極性Pnab相，極性A21am基態(tài)穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，基態(tài)極化強(qiáng)度可提升一倍，雖然矯頑場(chǎng)強(qiáng)略有增加；同時(shí)，極性-非極性相變僅在施加極大應(yīng)變（遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)范圍）時(shí)才會(huì)發(fā)生。因此，位點(diǎn)選擇性等價(jià)摻雜策略為提升鐵電材料抗機(jī)械擾動(dòng)穩(wěn)定性提供了有效途徑。

論文截圖

作者簡(jiǎn)介：

李川福，理學(xué)博士，講師，碩士生導(dǎo)師。2022年7月起任教于西華大學(xué)理學(xué)院，主要從事多鐵性材料、莫爾結(jié)構(gòu)的第一性原理理論預(yù)測(cè)。已在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文十余篇。以第一/通訊作者在物理學(xué)期刊《Physical Review B》發(fā)表論文2篇，物理學(xué)期刊《New Journal of Physics》發(fā)表論文1篇，物理學(xué)期刊《Journal of Applied Physics》發(fā)表論文1篇，主持國(guó)家自然基金青年基金項(xiàng)目1項(xiàng)。