Ultrahigh electromechanical response from competing ferroic orders

反铁电性 压电 铁电性 材料科学 凝聚态物理 相图 正交晶系 相(物质) 纳米尺度 电场 不稳定性 光电子学 电介质 衍射 纳米技术 复合材料 光学 物理 机械 量子力学
作者
Baichen Lin,Khuong P. Ong,Tiannan Yang,Qibin Zeng,Hui Kim Hui,Zhen Ye,Celine Sim,Zhihao Yen,Ping Yang,Yanxin Dou,Xiaolong Li,Xingyu Gao,Chee Kiang Ivan Tan,Zhi Shiuh Lim,Shengwei Zeng,T. Luo,Jinlong Xu,Xin Tong,Patrick Wen Feng Li,Minqin Ren,Kaiyang Zeng,Chengliang Sun,Seeram Ramakrishna,Mark B. H. Breese,Chris Boothroyd,Chengkuo Lee,David J. Singh,Yeng Ming Lam,Huajun Liu
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07917-9
摘要

Abstract Materials with electromechanical coupling are essential for transducers and acoustic devices as reversible converters between mechanical and electrical energy 1–6 . High electromechanical responses are typically found in materials with strong structural instabilities, conventionally achieved by two strategies—morphotropic phase boundaries 7 and nanoscale structural heterogeneity 8 . Here we demonstrate a different strategy to accomplish ultrahigh electromechanical response by inducing extreme structural instability from competing antiferroelectric and ferroelectric orders. Guided by the phase diagram and theoretical calculations, we designed the coexistence of antiferroelectric orthorhombic and ferroelectric rhombohedral phases in sodium niobate thin films. These films show effective piezoelectric coefficients above 5,000 pm V −1 because of electric-field-induced antiferroelectric–ferroelectric phase transitions. Our results provide a general approach to design and exploit antiferroelectric materials for electromechanical devices.
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