铁电体在信息存储、能量转换、高性能催化等领域具有广阔的应用前景，具有铁电拓扑结构的纳米铁电体有望在下一代电子器件中实现高密度的非易失性存储。然而，突破尺寸效应极限，精确设计结构诱导铁电序极富挑战性。学校固体化学研究所、北京市高精尖材料基因工程中心邢献然教授团队在量子顺电的先兆铁电体SrTiO3中，发现了纳米尺度下固体局域结构本征应变驱动的反常铁电畸变，该方法充分利用了固体局域结构的改变，获得了超细铁电纳米畴。本工作由博士生张佩曦、李强副教授、团队同事以及合作者共同完成。
SrTiO3纳米颗粒宏观铁电行为与局域极化有序
本征中心对称的先兆铁电体SrTiO3具有量子顺电特性，纳米化改变局域结构引入了与形状强相关的不均匀三维应变，通过PFM确定应变SrTiO3纳米颗粒的铁电行为，并在STEM下观测到了头尾相接的90°超细铁电纳米畴，宏观铁电有序指向纳米颗粒短边方向（如上图所示）。
先兆铁电体SrTiO3铁电转变机理
实验发现SrTiO3这种铁电行为可以保持到500K，IDPC-STEM揭示了中心Ti原子沿对角线方向的位移，与以往报道的薄膜中铁电四方结构不同，这也是SrTiO3中铁电性和90°纳米畴形成的局域结构起源。DFT计算进一步证明了应变加强带来的极化方向扭转，也对应着90°畴的形成（如上图所示）。这种超细纳米畴的自发形成为实现高密度的铁电非易失存储提供了条件，也为纳米铁电有序的诱导提供了一种简单快捷的思路。
该成果题为“Intrinsic-strain-induced ferroelectric order and ultrafine nanodomains in SrTiO3”，近期发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2024，121(25): e2400568121；https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2400568121）。该工作得到国家自然科学基金、北京市高精尖材料基因工程中心、科技部国家重点研发计划等项目资助。
（供图：化生学院）
（责编：付云笛、薛浪）
