反铁电体Antiferroelectrics,因其独特的物理特性而备受关注,其中最显著的是,将反极性基态与电压诱导极性态分离开来的双电滞回线。这种行为,对于能量存储非常有用,并且在电卡冷却及其他应用中前景广阔。
然而,反铁电体的定义性特征(反极性基态和双电滞回线)正日益受到挑战:研究发现了具有非共线和/或混合极性-反极性序的材料,并且在没有传统反极性基态的材料中,也实现了双电滞回线。这些进展,使得反铁电体基础和应用方面的研究有增无减,并呼吁重新审视反铁电性。
近日,西班牙加泰罗尼亚高等研究院Gustau Catalan,内布拉斯加大学Alexei Gruverman,卢森堡科学技术研究院Jorge Íñiguez-González,挪威科技大学Dennis Meier,瑞士苏黎世联邦理工学院Morgan Trassin在Nature Materials上发表评述文章,修正了反铁电性的定义,讨论了具有新型反极性序和/或经人工设计的双电滞回线的材料体系,并对新兴特性和理论方法进行了思考。
图 1:反铁电性与电偶极子的反极性有序。
图 2:维恩Venn图,展示了反铁电性的关键特征,以及包含全部特征(反铁电体)或仅包含部分特征(赝反铁电体)的代表性材料实例。
图 3:利用薄膜结构构筑的合成反铁电材料。
新材料设计:探索从未止步:不同的反极性序(铁电体、非共线、非本征)、新特性(如反铁电多铁性、反极性金属)、增强的功能(更小的滞后和临界场)以及更优的化学组成(无铅成分、与互补金属氧化物半导体CMOS兼容性)。无铅材料的研究主要集中在钙钛矿铌酸盐,以及基于BiFeO₃化合物和异质结构,而CMOS兼容性,则主要针对氧化铪-氧化锆体系。
反铁电体面临的许多器件挑战与铁电体相似:可扩展性、低漏电流、高饱和极化和高抗疲劳性。其他挑战则更具特异性或依赖于具体应用。例如,在储能效率方面,需要减小电滞回线的宽度。应对策略包括掺杂、应变工程以及引入薄膜。

