尽管对铁电体的尺寸效应进行了广泛的研究,但是反铁电体的结构和特性在尺寸减小的情况下如何演变仍然难以捉摸。鉴于反铁电体在高能量密度存储应用方面具有巨大潜力,了解它们的尺寸效应将为优化小尺度器件性能提供关键信息。本文研究了无铅 NaNbO 3 膜中反铁电性的基本本征尺寸依赖性。通过广泛的实验和理论方法,探究了膜厚度减小后有趣的反铁电到铁电的转变。这种尺寸效应导致 40 nm 以下的铁电单相,以及在此临界厚度以上铁电和反铁电序共存的混合相状态。此外,结果表明反铁电和铁电序是电可切换的。第一性原理计算进一步表明,观察到的转变是由膜表面引起的结构扭曲驱动的。这项工作为反铁电体中内在尺寸驱动的缩放提供了直接的实验证据,并展示了利用尺寸效应通过膜平台驱动环境无铅氧化物中的突发特性的巨大潜力。
基于反铁电的介电电容器因其出色的储能性能和在收集脉冲功率方面的非凡灵活性而备受关注。尽管如此,迄今为止,尚未阐明与储能过程固有耦合的原位原子级结构演化途径,以最终理解其机制。本文报道了反铁电PbZrO 3 在存储电子束照射的能量过程中的时间和原子分辨率结构相演变。通过采用最先进的负球差成像技术,本文介绍的定量透射电子显微镜研究阐明了与晶胞体积变化和极化旋转相关的极性氧八面体的层次演化解释了逐步的反铁电到铁电相变。特别是,在动态结构研究过程中建立了一种非常规的铁电类别——具有独特摆线极化序的铁电畸变相。通过阐明原子尺度相变途径,该研究的结果为探索具有非极性到极性相变的储能材料中的新型铁致畸变相开辟了一个新领域。