近日，哈尔滨工业大学物理学院田浩教授、谭鹏副教授与西安交通大学李飞教授、澳大利亚伍伦贡大学张树君教授合作，在钙钛矿铁电体高度可调压电性能的物理解析方面取得重要进展。研究团队以钽铌酸钾单晶为基质，通过铁、锰掺杂，揭示了过渡金属掺杂调控本征极化行为和压电性能的途径，为钙钛矿铁电体的策略性设计提供了范例。相关研究成果发表于《自然通讯》（Nature Communications）
压电性是钙钛矿铁电体的关键特性，使其成为宏观到微纳尺度机电系统的核心。以微量过渡金属掺杂和衍生空位为代表的缺陷工程策略在调节压电性能方面展现出巨大潜力。研究团队选取正交晶相钙钛矿钽铌酸钾单晶作为研究对象，引入常在“硬性”铁电体中用作掺杂剂的铁和锰元素，从本征极化行为出发，探究了过渡金属掺杂如何调控压电性能。研究表明，尽管铁和锰都以受主掺杂形式进入晶格，但它们诱导的缺陷结构中特定的电子构型对晶格畸变、自发极化取向和局域电荷分布产生了不同的调控作用。该研究通过精心选择过渡金属掺杂元素并设计功能性缺陷偶极子，可为钙钛矿铁电体的设计提供丰富的可能性。