湖南大学「国家高层次青年人才」钟高阔/湘潭大学/华东师范大学Science子刊 | 嵌入铁电开关环的反铁电薄膜实现巨负电卡效应！

本文针对反铁电材料中如何在不破坏基体的前提下稳定引入铁电态这一核心挑战开展研究。湖南大学钟高阔副教授团队联合湘潭大学、华东师范大学的研究人员，通过将脉冲激光沉积温度降低至500°C，在反铁电锆酸铅(PbZrO3)薄膜中成功实现了从传统双电滞回线到三重电滞回线的演变。实验发现，该三重回线薄膜在低电场下呈现稳定铁电开关行为（剩余极化约7.5 μC/cm²），在高电场下则展现多级相变特征。通过X射线衍射、X射线光电子能谱和球差校正透射电镜等表征，揭示其微观起源为PbZr反位缺陷诱导的(↑↑↓)三重偶极调制构型（亚铁电相）。基于Maxwell关系评估的电卡效应表明，该薄膜在室温下预测的温度变化ΔT可达-23.76 K，相比传统双回线薄膜（-3.98 K）提升约600%。研究结论指出，这一巨负电卡效应归因于多级相变带来的累积熵变以及反铁电-铁电相变电场的显著提高。该工作为在反铁电基体中嵌入稳定铁电态提供了设计范例，并为高密度储能、多态存储和高效固态制冷器件的发展开辟了新路径。