近日，松山湖材料实验室大湾区显微科学与技术研究中心马秀良团队通过电子显微学方法解耦了弛豫铁电体中经典成分波动理论和极性纳米微区的关系，相关成果于2026年1月27日发表于Physical Review Letters杂志上。

1958年，苏联科学家G. I. Skanavi等人首次在SrTiO₃-Bi₂O₃žnTiO₂中发现弛豫极化现象，其表现出较高的介电常数，但没有宏观铁电特性，提出了极性微区的存在是导致性能异常的观点。1960年，G. A. Smolensky和V. A. Isupov利用经典的成分波动理论去解释极性纳米微区的形成。然而，后来大量的研究在未确认成分波动是否存在的情况下，仍然使用成分波动理论来解释弛豫铁电材料中极性纳米微区的形成。

本工作设计了两类高熵弛豫铁电体系，分别为A位掺杂(Pb_0.2Ba_0.2Ca_0.2Sr_0.2Na_0.2)TiO₃ (ATiO₃)和B位掺杂Pb(Ti_0.2Mg_0.2Nb_0.2Zr_0.2Zn_0.2)O₃ (PbBO₃)，其具有相同的熵值但具有不同的焓值(图1和图2)。原子尺度的Super-EDS图谱证实，与PbBO₃体系相比，ATiO₃体系中没有表现出明显的成分波动，意味着ATiO₃体系中极性纳米微区的形成蕴含着其它机制，这挑战了弛豫铁电材料中成分波动导致极性纳米微区的形成这一长期存在的观念(图3)。理论计算表明，在ATiO₃中，元素对的混合焓一般接近于0，导致成分分布几乎均匀；而在PbBO₃中，某些元素对的混合焓为异常大的负值，表明成分波动源自于较大的负混合焓(图4)。这说明成分异质性并不是极性纳米微区形成的前提。这项研究不仅引起人们对弛豫铁电材料中经典成分波动理论适用范围的重新思考，也为利用先进电子显微学理解传统认知提供了新的范例。

松山湖材料实验室大湾区显微科学与技术研究中心宫风辉(现为加州大学尔湾分校博士后)为该论文的第一作者，中国科学院金属研究所罗康铭博士生和松山湖材料实验室陈雨亭副研究员为论文的共同第一作者。

该研究得到了国家自然科学基金、博新计划、博后面上等多个项目的共同资助和支持。

图1. 确定高熵弛豫铁电薄膜的生长质量和空间群

图2. 确定铁电薄膜存在极性纳米微区和弛豫特性

图3. ATiO₃和PbBO₃高熵弛豫铁电薄膜的成分波动行为

图4. ATiO₃和PbBO₃薄膜的混合焓值计算

原文链接：PRL.pdf

撰稿：大湾区显微科学与技术研究中心