近日，國際頂級期刊《Advanced Materials》（先進材料，IF:30.849）在線發表我校理學院團隊的研究成果“通過鐵電疇工程實現具有優異橫向壓電和電光效應的透明PMN-PT單晶”，該論文第一作者為理學院博士生鄧晨光，理學院劉友文教授和航天學院赫崇君副教授為論文通訊作者。

鐵電材料廣泛地應用于超聲、光電、傳感、控制、機械等諸多領域。然而，在光學領域的應用中，具有高壓電性的透明鐵電晶體一直是一個巨大的挑戰。鐵電晶體PMN-PT在準同型相界(MPBs) 組分具有極高的壓電系數，但是複雜相結構和無序電疇造成了極低的透光率。2020年1月16日，英國《自然》期刊發表了西安交大壓電單晶研究成果，他們利用交變電場來極化PMN-PT晶體，形成了109°層狀疇，消除了引起光散射的鐵電疇壁，從而獲得了性能壓電性能優良的透明PMN-PT晶體。該研究成果被遴選為2020年度“中國科學十大進展”之一。

具有109°層狀疇的PMN-PT晶體雖然在極化方向表現出近乎完美的透明度，但晶體的側面方向卻是不透明的，因此它隻适合縱向調制模式，不适用于通常的橫向調制模式。針對這個科學問題，理學院研究團隊通過直流極化疇工程，在PMN-PT晶體中形成穩定的71°層狀鐵電疇，使晶體側面具有優良的透光性能，因而采用橫向電場調制模式可以降低半波電壓，為PMN-PT晶體器件實用化打下堅實的基礎。通過疇工程獲得的透明PMN-PT晶體具有高壓電性（>1700 pC/N），并且其電光系數高達320 pm/V，是目前被廣泛應用的電光晶體铌酸锂的10倍。進一步通過壓電應力顯微鏡（PFM）研究109°和71°層狀疇結構，并深入探讨了極化、退極化及極化厚度對弛豫鐵電單晶光電性能的影響，通過有序電疇工程增加特定取向的透光性。研究成果不僅可以促進光電功能晶體理論發展，還可以推動新型電光、聲光調制器件的研制，為光-電-聲器件開發提供重要思路。

圖1（a）用于橫向調制的PMNPT透明鐵電單晶（b）109°單疇和71°單疇的PMNPT晶體樣品，沿不同軸向的透過率

圖2（a）PMN-PT單晶的壓電力，層狀分布的109°疇（b）PMN-PT單晶壓電力圖像，層裝分布的71°疇（c）71°層狀疇的折射率橢球模型，相同的折射率橢球投影保證了樣品側面方向的透過率。

    參與本成果研究的還有理學院楊浩教授團隊的博士生葉鍊旭、中國科學院上海矽酸鹽研究所許桂生、羅豪甦教授，上海大學戴晔教授團隊，英國Leeds University的Andrew J. Bell教授。研究工作得到了國家自然科學基金委、中央高校基本科研業務、山東大學晶體材料國家重點實驗室及江蘇省研究生科技創新基金的支持。