Grain-size dependent electric-field induced structural changes in relaxor-ferroelectric based unclamped piezoelectric grains
聚合物-压电陶瓷0-3复合材料结合了聚合物的柔性和铁电基陶瓷的优异压电性能。虽然陶瓷粉末的晶粒尺寸是制造这种复合材料的重要考虑因素之一，但仍然缺乏与极化场引起的结构变化及其对复合材料的整体压电响应的可能影响相关的相关性。在本文中，我们研究了这个问题上的0-3压电复合材料，包括陶瓷粉末的低铅压电合金（x）Bi（Ni 1/2 Zr 1/2 O 3-（1-x）PbTiO 3在其准同型相界附近，和聚偏氟乙烯（PVDF）作为聚合物组分。通过固定陶瓷的体积分数而改变晶粒尺寸来制备复合材料。我们发现了一个非单调变化的压电响应作为晶粒尺寸的函数。压电复合材料极化前后的结构分析表明，极化诱导的类四元不可逆转变的证据，其程度取决于晶粒尺寸。
2017-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Self-Assembled Monolayer Piezoelectrics: Electric-Field Driven Conformational Changes
我们证明了施加的电场会引起寡肽单分子单层的压电畸变。我们在光滑的金表面上沉积了约1.5 nm高的自组装单分子膜。这些单分子膜表现出很强的压电响应，随外加偏压（1-3V）线性变化，使用压电响应力显微镜（PFM）测量。的响应是显着大于控制实验与刚性烷硫醇和相关的表面光谱和理论预测的构象变化，从应用电场。与现有的压电氧化物不同，我们的肽单层具有固有的柔性，易于制造，对齐和图案化而无需极化。
2017-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Rational design of piezoelectric metamaterials with tailored electro-momentum coupling
压电材料由于其固有的机械变形和电场的耦合作用而具有广泛的传感和能量转换应用。最近的研究发现，压电复合材料的非对称或异质微结构可以产生额外的宏观动量耦合到电场，称为电-动量耦合，引入一个新的设计自由度。在这项工作中，通过采用均匀化方案，电-动量耦合的物理起源进行了探索，通过高吞吐量扫描的压电复合材料系统的微结构设计空间。这项研究显示了材料的组成特性和几何排列如何影响电动量耦合，并巧妙地为感兴趣的应用程序量身定制。
2022-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Electric field induced reversible control of visible photoluminescence from ZnO nanoparticles
通过将几伏（< 5V）电压施加到由夹在氧化铟锡电极和聚氧化乙烯-高氯酸锂（固体聚合物电解质）之间的纳米结构ZnO膜组成的器件上，实现了对可见光范围内发生的ZnO光致发光的可逆控制。当在电解质电极处施加偏压时，光致发光强度显示出接近100%的调制，响应时间小于30秒。提出了一个模型，所观察到的效果，是基于缺陷状态的ZnO和能带弯曲的ZnO-电解质界面，可以改变所施加的偏压。
2011-09-14 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Electrical Boundary Conditions on the Thermal Properties of Ferroelectric Piezoelectric Ceramics
根据电学边界条件和极化方法，研究了多晶PZT（锆钛酸铅）块体材料的热导率。在开路和短路条件下，在极化方向上测量极化PZT的热导率。短路导热系数最大。这两个热性能之间的关系，即热耦合系数$k_{33}^κ$，被认为是类似的机电耦合系数$k_{33}$相关的弹性顺应性下短路和开路条件。未极化样品的热导率被发现具有最低的热导率。讨论了热导率对声子模散射和弹性柔度的影响。
2016-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Structure, microstructure and electrical properties of new lead-free (1-x)(Li0.12Na0.88)NbO3-xBaTiO3 (0 to x to 40) piezoelectric ceramics
采用传统的陶瓷工艺制备了一种新型的无铅（1-x）Li0.12Na0.88NbO3-xBaTiO 3（0 ~ x ~ 40）压电陶瓷。结构分析表明，存在准同型相界（MPB），分离正交相和四方相，之间的钛酸钡含量，x = 10-12.5。根据该体系的介电常数随温度变化的数据，建立了一个部分相图，并观察到一个几乎垂直的与温度无关的MPB。接近MPB的电性能的改善（例如，对于x = 12.5; εr = 10489（Tm，d33 = 30 pC/N，kp = 12.0%，Qm = 162，Pr = 11.2 μC/cm 2，Ec = 19.2 kV/cm，d*33 = 269 pm/V），这是由于正交相和四方相共存而容易产生极化旋转。结果表明，这些材料可以适用于压电振子和超声换能器的应用。具有x = 25的样品还显示出高介电常数εr = 3060和低介电损耗tanδ = 0.033，这可以适用于电容器（X7 R/Z5 U）应用。
2014-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Role of Zinc and Niobium in the Giant Piezoelectric Response of PbZn1/3Nb2/3O3
弛豫铁电钙钛矿是高度可极化的，并且可以在弹性应变和施加的电场之间表现出巨大的耦合。在这里，我们报告了原位扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）研究的PbZn 1/3 Nb 2/3 O 3（PZN）单晶作为电场的函数。我们发现，NbO 6八面体键中的强偶极子沿四个\textless{} 011 \textgreater{}方向排列，接近电场的取向，而Zn在电场的方向上发生小的可逆极移，即，积极的或消极的。这种可逆的Zn-O极性移动被认为在PZN的铁电极化的“容易”切换和巨大的压电效应中起着重要的作用。
2014-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Diffuse phase transition and electrical properties of lead-free piezoelectric (LixNa1-x)NbO3 (0.04 to x to 0.20) ceramics near morphotropic phase boundary
采用固相反应烧结法制备了无铅（LixNa 1-x）NbO 3（标称值x = 0.04-0.20），研究了其介电常数随温度的变化，以解决有关准同型相界（MPB）位置的准确性、准同型相界附近系统的结构和相稳定性等经常引起争议的问题。有趣的是，扩散相变已被观察到的介电常数峰所产生的A-网站和结构挫折中的钙钛矿电池由于Li取代诱导的无序。基于对温度依赖的介电常数的研究，提出了一个部分相图。研究了样品的室温压电和铁电性能，x = 0.12的样品具有较好的电学性能（d33 = 28 pC/N，kp = 13.8%，Qm = 440，Pr = 12.5 micro C/cm 2，EC = 43.2 kV/cm，Tm = 340 oC）。这些参数值使该材料适用于压电谐振器和滤波器应用。此外，在该材料中发现的在转变温度附近具有宽扩散峰的高介电常数（= 2703）以及在宽温度范围（50-250 oC）内的低介电损耗（< 4%）也可能在汽车和航空航天相关行业的高温多层电容器中具有潜在的应用。
2013-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of field induced inter-ferroelectric transformation as the dominant driving mechanism for anomalous piezoresponse in the morphotropic phase boundary piezoelectric system PbTiO3-BiScO3
本文用原位电场相关的高能同步X射线衍射研究了压电陶瓷中与高压电响应有关的贡献机制。对高性能压电合金（1-x）PbTiO 3-（x）BiScO 3的两种邻近组合物的电场诱导的晶格应变和非180 °畴切换倾向的比较研究揭示，一种在准同型相界（MPB）区域内，表现出425 pC/N的d33，另一种刚好在MPB区域外，表现出260 pC/N的d33，尽管MPB试样表现出相当高的压电响应，但与非MPB试样相比，其晶格应变和畴转换倾向相当小。这些新的实验观察相矛盾的普遍持有的观点，即异常的压电响应MPB基压电体出现由于增强的倾向域切换。我们的研究结果表明，占主导地位的机制有助于异常的压电响应是场致干涉电转变。
2015-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Gradient scaling phenomenon of piezoelectricity in non-piezoelectric polyvinylidene fluoride films
众所周知，挠曲电可用于在非压电材料中产生类似的压电响应。对于直接挠曲电效应，诱导的电极化的强度与施加的应变梯度成线性比例。因此，合乎逻辑的是，期望这种压电响应在尺寸减小的材料中会得到增强。在本文中，我们将报告我们的实验观察到这样的梯度标度现象的压电非压电聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜。
2013-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric quantum spin Hall insulator VCClBr monolayer with pure out-of-plane piezoelectric response
压电量子自旋霍尔绝缘体（piezoelectric quantum spin Hall insulator，PQSHI）是一种将压电与非平凡拓扑绝缘相相结合的二维系统，是探索新型拓扑态、发展高速无耗散电子器件的一个重要方向。在这项工作中，我们预测PQSHI Janus单层VCClBr构造从$\mathrm{VCCl_2}$，这是动态，机械和热稳定。在没有自旋轨道耦合（SOC）的情况下，VCClBr是一种窄禁带半导体，禁带宽度为57 meV，这与狄拉克半金属$\mathrm{VCCl_2}$不同。VCClBr的带隙是由于上下原子层不对称而产生的内建电场所致，$\mathrm{VCCl_2}$的外电场诱导带隙进一步证实了这一点。当包括SOC时，VCClBr的能隙提高到76 meV，这大于室温的热能（25 meV）。VCClBr是一个二维拓扑绝缘体（TI），$Z_2$拓扑不变量和非平凡的一维边缘态证实了这一点.证明了VCClBr的非平凡拓扑性质对应变（双轴和单轴情况）和外部电场具有鲁棒性。由于水平镜像对称性的破坏，当施加双轴或单轴面内应变时，只能观察到面外压电响应。预测的压电应变系数$d_{31}$和$d_{32}$分别为-0.425 pm/V和-0.219 pm/V，高于或与许多二维材料的压电应变系数相比。最后，我们构造了另外两个动力学不稳定的Janus单层VCFBr和VCFCl，它们…
2022-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Negative Longitudinal Piezoelectric Effect
具有负纵向压电系数的压电体将在所施加的电场的方向上收缩。这样的压电体被认为是罕见的，但是没有基本的物理学阻止在单相材料中实现负纵向压电效应。利用第一性原理计算，我们证明了几种六角$ABC$铁电体具有显著的负纵向压电效应。基于第一性原理的压电数据库的数据挖掘表明，这种效应是一种普遍现象。这种不寻常的压电响应的起源依赖于与小有效电荷和刚性势能面相关的强离子键。此外，具有负纵向压电系数的铁电体显示出异常的压力增强铁电性。我们的研究结果提供了设计原则，以帮助寻找新的压电新的机电设备的应用。
2017-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric relaxation and electrical conductivity in lead-free (100-x)(Li0.12Na0.88)NbO3-xBaTiO3 (0 to x to 40) piezoelectric ceramics: An impedance spectroscopic study
采用阻抗谱技术研究了无铅（100-x）（Li0.12Na0.88）NbO 3-xBaTiO 3（0 ~ x ~ 40）压电陶瓷在宽温度（-100 ℃ ~ 500 ℃）和宽频率（0.1Hz ~ 1 MHz）范围内的介电行为和导电机理。讨论了不同频率和温度下的晶粒和晶界响应以及弛豫过程。在铁电-顺电相变温度Tm以下和以上都观察到介电常数的低频色散（LFDD），这是高温行为的典型特征。由于受体型掺杂产生的氧缺陷相关的复合物被发现在LFDD和跳跃导电中起着重要的作用。介电弛豫遵循Jonscher普适定律，而LFDD与准直流过程（QCD）有关。直流导电的激活能证实了双电离氧空位的热运动（短程跳跃）的机制。在高温下，电导弛豫机制主要是通过电荷补偿氧空位产生的跳跃电子进行晶界导电。
2017-06-12 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of high-field piezoelectricity in tetragonal PbTiO3
我们从第一性原理计算的情况下，极化增强电场沿四极轴施加的铁电PbTiO 3的非线性压电响应。我们主要集中在固定的面内晶格常数的情况下，对应于外延约束的薄膜。我们发现，c/a比的电场的依赖关系几乎是线性的范围内高达500 MV/m，几乎没有饱和。这一结果与预期的兰道-德文郡的方法的基础上获得的实验结果在较低的领域，但在定性协议与最近的实验中，更高的领域，使用脉冲场的方法。我们还研究的情况下，在平面外延约束被删除，或施加人工负压，或两者兼而有之。这些计算表明，PbTiO 3可以显示出显着的非线性压电响应下修改的弹性边界条件。
2009-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence switching in a two-dimensional atomic crystal
二维材料是一种新兴的新材料，具有广泛的电学和光学性质以及潜在的应用前景。半导体过渡金属二硫属化物的单层结构在场效应晶体管中的应用正获得越来越多的关注。在这里，我们报告了基于单层WSe 2晶体管的光致发光开关效应。双栅极用于调节光致发光强度。特别地，利用侧栅来控制离子在固体聚合物电解质内的位置，以在电解质和WSe 2的界面处形成双电层并诱导垂直电场。另外，背栅用于施加第二垂直电场。在恒定的泵浦光强度下，观察到的光发射的开关比高达90。此外，观察到的光致发光线的蓝移高达36 meV。我们将这种蓝移归因于由于非线性面内介电常数的变化而导致的激子结合能的降低，并使用它来确定三阶非对角极化率（\c{hi}^(（3））=3.50*10^（-19 m2/V2.
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric control of the magnetic anisotropy via interface strain coupling in a composite multiferroic structure
本文从理论上研究了通过应变介导的磁电相互作用耦合的铁电/铁磁异质结构中的磁动力学。我们预测一个电场诱导的磁开关在垂直于磁晶易轴的平面，并追溯到这种效果的压电控制的磁弹性耦合。我们还研究了剩磁和电矫顽力。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous vs. piezoelectric polarization in III-V nitrides: conceptual aspects and practical consequences
宏观极化在通过极化诱导的内建静电场确定氮化物纳米结构的光学和电学性质中起主要作用。虽然这一领域目前很流行，但迄今仍处于初期阶段。在这里，我们有助于一些澄清的概念问题，涉及确定内置领域的III-V氮化物纳米结构，特别是自发和压电极化的作用。
1999-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric field, exciton lifetime, and cathodoluminescence intensity at threading dislocations in GaN{0001}
出现在自由表面的位错的应变场被部分地松弛，以确保无应力的边界条件。我们表明，这种弛豫应变在GaN {0001}中的边缘穿透位错露头引起的压电体电荷。由该电荷分布产生的电场足够强以在距离位错线超过100 nm处解离自由激子。我们评估了这种效应对位错阴极发光图像的影响。
2018-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in the dielectric component of nanoscale dielectric/ferroelectric superlattices
复合氧化物超晶格的功能性质的起源可以使用时间分辨同步加速器X射线衍射来解决，以从组成重复单元的组分层的贡献。CaTiO 3/BaTiO 3超晶格的CaTiO 3层对施加的电场具有压电响应，这与整个超晶格的大的连续极化一致。在大的应变，54 pm/V的整体压电系数，同意与第一原理的预测，其中的钛酸锶基板上施加的超晶格的tetrahetron对称性。
2010-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Screening piezoelectricity in determination of flexoelectric coefficient at nanoscale
在极性材料中，压电性通常伴随挠曲性，挠曲性是极化对应变梯度的线性响应。因此，在测定纯挠曲电响应时，很难消除压电效应。在这项工作中，我们提出了一种分析方法来表征的挠曲电系数定量在纳米压电材料的筛选压电。结果表明，挠曲电性降低了纳米柱的刚度，而压电性增强了纳米柱的刚度，通过对纳米柱形状的精心设计和刚度差异的测量，可以得到完全消除压电贡献的挠曲电系数。这种方法避免了动态负载下的电性能测量，这有助于减少纳米级挠曲电测量的挑战。本文的工作将有助于弯电性能的定量表征和纳米弯电器件的设计。
2020-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Synthetic Multiferroic Interconnects for Magnetic Logic Circuits
在这项工作中，我们考虑使用合成多铁性材料，包括压电和磁致伸缩材料作为纳米磁逻辑电路的互连的可能性。所提出的互连类似于填充有压电体的平行板电容器，其中一个板由磁致弹性材料制成。互连件的操作基于应力介导的各向异性调制的效应，其中跨压电材料施加的电场产生应力，这反过来又影响磁致伸缩材料中的各向异性场。我们提出的数值模拟的结果，说明通过互连信号传播。该模型结合了电和磁部分，其中电部分描述了通过压电体的电场的分布，磁部分描述了磁致弹性层中磁化强度的变化。该模型基于Landau-Lifshitz-Gilbert方程，并考虑了与电场相关的各向异性项。电磁耦合的利用使得可以在磁信号传播期间经由从电域到磁畴的能量转换来放大磁信号。潜在地，合成多铁性互连可以在各种基于自旋的设备中实现，以确保可靠且低能耗的数据传输。根据估算，磁信号的群速度可达100 km/s，每100 nm每比特的能量耗散小于a J。文中还讨论了该方法的基本局限性和实际应用中的不足。
2013-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Importance of second-order piezoelectric effects in zincblende semiconductors
我们表明，压电效应，描述了出现一个电场在响应于晶体变形中的III-V族半导体，如GaAs和InAs有很强的贡献，从二阶效应，迄今已被忽略。我们用密度泛函理论计算了二阶压电张量，得到了具有实际尺寸和浓度$x$的[111]取向In $_x$ Ga $_{1-x}$ As量子阱的压电场.我们发现，线性和二次压电系数有相反的效果上的字段，并为大应变的二次项甚至占主导地位。因此，压电场是一个罕见的物理量的例子，其中的第一和第二阶的贡献是相当的大小。
2006-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric Interactions in Layered Composites of Piezoelectric Quartz and Magnetostrictive Alloys
本文研究了压电石英和磁致伸缩铁钴钒合金（P）双层和三层复合材料中的机械应变介导磁电效应。结果表明，压电石英基复合材料的磁电电压系数（MEVC）高于传统铁电材料。在X切单晶石英和佩明杜尔的双层中，MEVC从20 Hz时的1.5 V/cm Oe变化到与纵向声学模式对应的弯曲谐振或机电谐振时的~ 185 V/cm Oe。在对称的石英-P三层中，MEVC在20 Hz时约为4.8 V/cm Oe，在纵向声共振时约为175 V/cm Oe。低频和共振ME效应的模型提供了MEVC的理论估计和计算MEVC与测量值基本一致。具有石英的磁电复合材料具有所需的特性，例如不存在铁电滞后和热释电损耗，并且可能在基于复合材料的磁传感器、换能器和高频器件中取代铁电体。
2012-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Data-driven discovery of high performance layered van der Waals piezoelectric NbOI2
使用高通量的第一性原理计算，以寻找具有最大的压电应力系数的层状范德华材料，我们发现NbOI2是2940单层筛选之一。NbOI2的压电性能与厚度无关，并且其接近1的机电耦合因子是电能和机械能之间的最佳相互转换的标志。激光扫描振动计的研究散装和少层NbOI2晶体验证其巨大的压电响应，这超过了内部参考，如In2Se3和CuInP2S6。此外，我们提供的见解NbOX2（X = Cl，Br，I）的反相关的压电和铁电响应的原子起源，在这些材料中的键共价和结构扭曲的基础上。我们发现NbOI2在二维材料中具有最大的压电应力系数，这就要求开发基于NbOI2的柔性纳米压电器件。
2022-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Domain Size Dependence of Piezoelectric Properties of Ferroelectrics
采用连续介质Ginzburg-Landau模型研究了铁电体压电性能与畴尺寸的关系。通过偏置初始条件从顺电相淬火产生具有所需畴尺寸的微结构。模拟了三种不同尺寸的$90^{o}$畴的二维微结构。沿极性和非极性方向施加一个电场，并对这两种情况下的压电响应作为域尺寸的函数进行模拟。模拟结果表明，压电系数增强，通过减少域的大小，与最近的实验结果和田鹤见（英国陶瓷。Trans. { \bf 103}，93，2004）对结构域工程化的$BaTiO_{3} $
2004-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Unravelling the role of vacancies in lead halide perovskite through electrical switching of photoluminescence
钙钛矿型三碘化铅（MAPbI 3）半导体材料具有优异的光伏和发光性能。我们解决了独特的行为，其中偏置电压可以用来打开和关闭横向对称电极的平面薄膜的发光。而不是一个均匀的抑制发射，如在其他有机半导体薄膜中，在MAPbI 3膜的暗区从正电极在1 μ m s-1的顺序缓慢的速度前进。在这里，我们解释了存在的尖锐的前在漂移的离子空位，大大降低了在膜中的辐射复合率。基于动态输运模型，我们表明，电流的平方倒数与时间成线性关系，与实验观察一致。这一见解导致碘空位D = 6 10-9 cm 2 s-1的扩散系数的直接测定，并提供了详细的信息和控制离子传导的混合钙钛矿材料的电光性能的影响。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Berry-phase theory of proper piezoelectric response
最近的理论进展已经确定，绝缘晶体中的电极化的强度可以被看作是由与被占据的布洛赫带相关联的某些Berry相确定的多值量。这种方法的应用程序的压电系数的计算是不完全简单的，因为一个天真的决定（"不正确“）压电系数从有限差异的极化附近的应变状态导致依赖于选择的”分支“的极化。本文的目的是澄清，如果一个计算，而不是“正确”的压电响应，分支的依赖性被消除。从这个分析中，一个简化的配方直接有限差分计算适当的压电系数自然出现。
1999-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Stretching magnetism with an electric field in a nitride semiconductor
通过直接磁化测量，采用一种新的检测方案，我们证明了在纤锌矿（Ga，Mn）N的磁化的电气控制。在这种稀磁绝缘体中，费米能被Mn离子钉扎在中间带隙区域，并且Mn 3+离子显示出强的单离子各向异性。我们确定（Ga，Mn）N维持高达至少5 MV/cm的电场，表明Mn掺杂将GAN变成有价值的半绝缘材料。在这些条件下，磁电耦合可以由逆压电效应驱动，逆压电效应沿着c轴拉伸基本单元，并因此影响磁各向异性的大小。我们开发了一个相应的理论，并表明，它描述了实验确定的依赖性的磁化强度的电场定量与没有可调参数的磁场和温度的函数。通过这种方式，我们的工作桥梁两个研究领域发展至今独立：压电纤锌矿半导体和电气控制的混合和复合材料的磁性结构，包含压电元件的磁化。
2016-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric Response and Free Energy Instability in the Perovskite Crystals BaTiO3, PbTiO3 and Pb(Zr,Ti)O3
在Landau-Ginzburg-Devonshire理论框架下，通过对四元系BaTiO 3、PbTiO 3和Pb（Zr，Ti）O3的Gibbs自由能的分析，探讨了钙钛矿铁电体压电性能增强的根源问题。吉布斯自由能分布的平坦化似乎是压电增强背后的基本热力学过程。该方法的一般性证明了通过检查的自由能平坦化和压电增强的组合物，温度，电场和机械应力的函数。它示出的自由能平坦的各向异性是起源的各向异性增强的压电响应，这可以发生通过极化旋转或极化收缩。预测在单轴压缩下PbTiO 3的纵向压电响应的巨大增强（在1000 pC/N的顺序）。
2006-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Multi-field asymptotic homogenization of thermo-piezoelectric materials with periodic microstructure
本文提出了一种多场渐近均匀化方法，用于分析具有周期性微结构的热压电材料。微结构不均匀性的影响是考虑到通过周期扰动函数，这来自于非齐次递归细胞问题的解决方案定义在单位周期细胞。由于力学问题和电学问题在渐近展开的微尺度场方程中完全耦合，微位移场和微电势场之间存在强耦合。微观位移，电势，和相对温度场已与宏观量和它们的梯度在导出的降尺度关系。得到了无限阶平均场方程，并确定了等效一阶均匀化连续介质的整体本构张量的封闭形式。通过对宏观场的渐近展开，导出了这类方程的形式解。所提出的配方的准确性进行评估的说明性的例子进行谐波体力，自由电荷密度，和热源，其周期性远大于特征的微观结构的尺寸的双材料周期性的微观结构。均匀化模型的解决方案和原始的非均匀材料问题的有限元解之间获得的良好协议证实了所提出的配方的有效性。
2017-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Continuum Theory for Piezoelectricity in Nanotubes and Nanowires
我们发展并求解了一维纳米管和纳米线压电响应的连续介质理论，并应用该理论研究了BN纳米管的机电效应。我们发现，纳米管的极化取决于它的纵横比，和一个无量纲常数指定的弹性和静电相互作用的强度比。讨论了这两个参数变化时模型的解。该理论被应用于估计响应于单轴应力沿BN纳米管的长度诱导的电势。
2005-01-11 cond-mat.mtrl-sci
The role of random electric fields in relaxors
PbZr_{1-x} Ti_xO_3（PZT）和Pb（Mg_{1/3} Nb_{2/3}）_{1-x}Ti_xO_3（$x$ PT）是复合的铅氧化物钙钛矿，在四方相界附近的伪方晶系成分中显示出优异的压电性能。在PZT中，这些组合物是铁电体，但在PMN-xPT中，它们是弛豫体，因为介电常数是频率相关的，并且表现出非阿氏行为。我们发现，独特的PMN-xPT和其他铅氧化物钙钛矿弛豫纳米结构是不存在的PZT和相关的PMN-xPT相对于PZT的纵向压电系数大于100%的增强。通过比较PZT和PMN-xPT，两个几乎相同的化合物，代表弱和强的随机电场限制的介电，结构，晶格动力学和压电测量，我们表明，淬火（静态）随机场建立的弛豫相和识别的序参量。
2014-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic piezoelectric behavior of clamped and membrane (001) PMN-30PT thin films
大块单晶弛豫铁电体，如Pb（Mg 1/3 Nb 2/3）O3-PbTiO 3（PMN-PT），因其大的压电性而广为人知。这是由于极化旋转，这是促进了附近的准同型相界（MPB）的组合物的各种晶体对称性的存在。弛豫铁电薄膜，这是必要的低电压应用，遭受降低其压电响应由于被动基板的夹持。为了理解这种不利现象的微观行为，我们采用AC电场驱动的同步辐射X射线衍射（XRD）在图案化的器件结构上研究了电场下的压电畴行为，用于在Si上的夹持的（001）PMN-PT薄膜和从其衬底释放的（001）PMN-PT膜。在被夹持的膜中，基底抑制场诱导的菱面体（R）到四面体（T）的相变，导致可逆的R到单斜（M）的转变，具有减小的纵向压电系数d33 < 100 pm/V。从基底释放膜导致R到T的转变的恢复并且导致d33 > 1000 pm/V。使用具有空间映射的衍射，我们发现由活性和非活性材料之间的边界施加的横向约束也抑制了R到T的转变。相场计算的夹紧和释放PMN-PT薄膜模拟我们的实验结果。解决薄膜压电响应的抑制是其在压电驱动技术中应用的关键。
2021-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Monoclinic (Mc) phase and electric field induced phase transformation in BaTiO3
几十年来，众所周知的事实是，在钙钛矿家族中的少数铁电化合物，即BaTiO 3、KNbO 3、PbTiO 3、Na 1/2Bi 1/2 TiO 3中，BaTiO 3的介电和压电性能在室温下比多晶形式的其他化合物高得多。此外，类似于表现出准同型相界的铁电合金，BaTiO 3单晶在室温下远离自发极化方向极化时表现出极大的压电响应。这些异常的功能在钛酸钡仍然无法解释，迄今为止，从结构的立场。在这项工作中，我们已经使用高分辨率同步辐射X射线粉末衍射，原子分辨率像差校正透射电子显微镜，结合一种新的粉末极化技术，揭示了（i）BaTiO 3的平衡态的特点是由一个微妙的单斜（Mc）相和四斜相共存，（ii）强电场诱导正交相在300 K。这些结果表明，钛酸钡在室温下是在一个不稳定的制度，因此，这种不稳定性的基本因素，负责异常的介电和压电性能的钛酸钡相比，其他同源铁电钙钛矿化合物。结果表明，纯BaTiO 3在室温下更接近于准同型相界附近的铅基铁电合金，在准同型相界附近，极化旋转和场致铁电-铁电相变是影响其压电行为的重要因素。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of electric field on the photoluminescence of polymer-inorganic nanoparticles composites
我们报道了电场对光致发光的影响，PL，从一个由共轭聚合物与氧化锌纳米粒子混合组成的复合材料。我们发现，在没有电场的情况下，复合膜的PL发射在蓝色和绿黄色区域有两个最大值。对平面金电极施加偏压抑制了绿-黄发射，并使唯一的PL发射最大值向蓝色区域移动。聚合物-纳米颗粒复合材料的电流-电压特性表现出非均匀聚合物-无机结构的典型非线性行为。复合结构中激发态的产生意味着存在几种辐射复合机制，包括形成包括激基复合物状态的聚合物-纳米颗粒复合物以及聚合物和纳米颗粒之间的电荷转移，其可以通过电场控制。
2008-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Piezoelectric effect and polarization switching in Al$_{1-x}$Sc$_x$N
氮化铝是压电的，并且沿着$c$轴呈现自发极化，但是极化不能通过施加电场来切换。在AlN中添加Sc可以提高合金的压电性能，并使合金成为铁电体。我们进行了详细的自发和压电极化的第一性原理分析。显式超晶胞计算之间的比较表明，虚晶近似产生准确的结果极化，但在描述合金的相稳定性不足。我们将压电常数$e_{33}$的行为与内部位移参数$u$的微观行为联系起来，发现内部应变的贡献在Sc诱导的增强中占主导地位。$u$的值随着钪浓度的增加而增加，使合金局部更接近层状六方结构。我们的方法使我们能够计算铁电开关势垒，我们分析作为一个函数的Sc浓度和温度的基础上Ginzburg-Landau理论。
2021-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Electric field induced irreversible transformation to the R3c phase and its influence on the giant piezo-strain behaviour of lead-free system- Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-K0.5Na0.5NbO3
系统研究了NBT-BT-KNN的结构、介电和压电行为。
2015-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Polarization rotation via a monoclinic phase in the piezoelectric 92%PbZn1/3Nb2/3O3-8%PbTiO3
研究了在[001]方向外加电场时弛豫型铁电体PbZn 1/3 Nb 2/3 O 3-PbTiO 3中压电性的起源。零场菱面体R相开始通过中间单斜M相遵循直接极化路径到四轴对称，但随后不可逆地跳跃到涉及不同类型的单斜畸变的交替路径。详细的结构和域配置的这种新的阶段进行了描述。这一结果表明，在Pb（Ti，Zr）O_3体系中存在一个R-M相界。
2000-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Investigation, Piezoelectric Measurement and Structural Studies of Strontium-doped, modified PMS-PZT Piezoelectric Ceramics
本文研究了以$[\rm{Pb}_{0.94}\rm{Sr}_{0.06}][(\rm{Mn}_{1/3}\rm{Sb}_{2/3})_{0.05}(\rm{Zr}_{0.54}\rm{Ti}_{0.46})_{0.95}]O_3$为组分，锑锰酸铅为掺杂剂，采用陶瓷法合成的6% $\rm{Sr}^{2+}$取代改性锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷的结构和介电性能，频率范围为50 ~ 1 MHz，温度范围为室温~ 633 K。在室温下拍摄的样品的扫描电子显微照片证实形成了相当均匀的结构和具有尖锐边界的成形良好的晶粒。Rietveld分析表明，该材料为四方晶系，空间群为P4 mm。电模量虚部的标度行为表明，在不同的温度下，弛豫是由相同的机制来描述。与相关材料相比，合成的烧结和极化陶瓷的机电耦合因子（$\rm{k_p}$）、高机械品质因数（$\rm{Q_m}$）和压电系数（$\rm{d}_{33}$）的值给出了一组良好的压电性能值，可用于各种感兴趣的压电器件应用。
2013-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Importance of the crystalline symmetry in the piezoelectric properties of (K0.44+xNa0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.10Sb0.04)O3+x/2 lead-free ceramics
采用常规固相烧结法制备了无铅陶瓷（K0.44+xNa0.52Li0.04）（Nb0.86Ta0.10Sb0.04）O3+x/2（x=-0，06）。结果表明，晶体对称性和电性能之间的相关性。在具有较高压电响应的样品中观察到较高的四方性。随着四方性的增加，多晶相的存在减少与松弛行为反应的减少相关。c/a = 1.011的陶瓷具有增强的电性能。拉曼光谱显示出一定的不对称性，在顺电相以上的居里温度Tc，挑起保留的极化。晶体的对称性对系统的压电性能起着至关重要的作用。
2008-08-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
"Forbidden" polarisation and extraordinary piezoelectric effect in organometallic lead halide perovskites
有机卤化铅钙钛矿是用于太阳能电池和其他光电应用的高效材料，这归因于它们的高量子效率和优异的半导体性质。这些钙钛矿的特性是在外力下的实质性离子运动。在这里，我们发现，电场和光诱导的离子运动MAPbX 3晶体（X=Cl，Br，I和MA= CH 3 NH 3）导致意想不到的压电类响应，一个数量级大于铁电钙钛矿氧化物。名义上的宏观对称性的晶体被打破的离子物种，这可以确定性地控制由光和电场的重新分配。所揭示的压电响应可能存在于具有显著离子活性的其他材料中，但有机金属钙钛矿的独特特征是对离子运动（MA+和X-1）和照明产生的光电子的相互作用的压电响应的强烈影响。
2022-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-throughput Density Functional Perturbation Theory and Machine Learning Predictions of Infrared, Piezoelectric and Dielectric Responses
许多技术应用依赖于材料对电场的响应，但是这种响应的可用数据库是有限的。在这里，我们通过结合高通量密度泛函微扰理论和机器学习方法来探索无机材料的红外，压电和介电性质。在JARVIS-DFT数据库中计算了5015种非金属材料的Γ点声子、红外强度、玻恩有效电荷、压电和介电张量。我们发现3230和1943材料至少有一个远红外和中红外模式，分别。我们确定577高压电材料，使用的阈值为0.5 C/m2。使用阈值为20，我们发现593潜在的高介电材料。重要的是，我们分析材料的化学、对称性、维度和几何形状，以找到有助于解释数据集变化的特征。最后，我们开发了最高红外频率和最大Born有效电荷的高精度回归模型，以及最大压电和平均介电张量的分类模型，以加速发现。
2020-02-29 cond-mat.mtrl-sci
The optical phonoelectric effect
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构动力学研究所）；Department of Physics, Clarendon Laboratory, University of Oxford（牛津大学克拉伦登实验室物理系）
本文提出一种无需机械应变的光致电效应，通过光激发的光学声子畸变产生电极化，实现比传统压电效应快四量级的宏观体积响应，突破了材料断裂限制。
2026-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Effective piezoelectric response of twin walls in ferroelectrics
在考虑极化梯度项、电致伸缩和弯电耦合的情况下，利用Landau-Ginzburg-Devonshire理论和解耦近似计算了四元铁电体双壁的有效压电系数.以a1-a2孪晶对均匀电场的压电响应为例，说明了该响应几乎与弯电耦合无关，但对极化梯度系数的值非常敏感。这一现象源于局部介电极化率和梯度系数之间的强耦合。压电响应的增强从10%到103倍的因素进行了预测。因此，畴壁的局部机电响应可以提供关于铁电畴壁的GLD膨胀和钉扎机制中的梯度项的信息。分析了这些效应通过电极结构的压电响应力显微镜的可观测性以及对具有致密畴结构的系统的功能特性的影响
2013-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Frequency Dependence of Magnetoelectric Interactions in Layered Structures of Ferromagnetic Alloys and Piezoelectric Oxides
磁致伸缩相和压电相的层状结构中的磁电（ME）相互作用由机械变形介导。在这里，我们讨论的双层和三层的Permendur，铁磁合金，和锆钛酸铅的ME耦合的频率依赖性。ME电压系数与频率曲线的数据显示，在机电谐振的巨大ME耦合。90 V/cm Oe的最大电压系数比低频值高三个数量级。横向场的ME相互作用比纵向场强一个数量级。这些结果与理论相符。因此，共振ME效应是一种提高复合材料中磁场-电场转换效率的新工具。
2003-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Flexoelectricity causes surface piezoelectric-like effects in dielectrics
本文研究了有限尺寸介电体中体相flexoelectric效应引发的表面效应，发现由于表面对称性破缺，均匀载荷会在有限样品表面附近产生类似压电的机电响应及边界层。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Prediction of intrinsic ferroelectricity and large piezoelectricity in monolayer arsenic chalcogenides
表现出自发电极化的强度的二维材料是功能材料的显著兴趣。然而，尽管理论上预测了许多二维极性材料，但实验证实的二维铁电体的数量仍然远远少于体铁电体。我们提供了强有力的证据表明，Pmn 2 $_1$相的砷硫属化物作为$_2$ X $_3$（X=S，Se，和Te），其中包括最近孤立的单层雌黄，是本征铁电体，并表现出很强的面内压电性。我们发现，计算的能量势垒集体扭转的电极化的强度或移动180 $^\circ$域壁是合理的，以前报道的铁电体相比。我们提出了一个高对称结构（Pmmn空间群）转变为铁电Pmn2 $_1$相的软B $_{2u}$声子模式。通过研究其他软模式的高对称性Pmmn结构，我们确定了几个未被发现的亚稳多晶型，包括极性相（与P2 $_1$空间群）具有相当大的压电性。
2020-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
An interface crack in 1d piezoelectric quasicrystal under antiplane mechanical loading and electric field
本文研究了一维压电准晶体中III型界面裂纹在抗面波和相声波载荷及平面电场作用下的机电响应，通过复杂函数方法分析并推导了应力强度因子及电特性。
2025-12-19 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.AP
Giant Superelastic Piezoelectricity in Flexible Ferroelectric $BaTiO_3$ Membranes
通常使用的压电材料中的机械位移通常限于线性或双轴性质，并且限于材料尺寸的百分之几。在这里，我们表明，独立的钛酸钡$_3$膜表现出非传统的机电耦合。在外部电场下，这些超弹性膜经历可控且可逆的“寿司卷状”180 $^\circ$折叠-展开循环。这种无折痕折叠是由带电铁电畴介导的，导致30 nm厚的膜在室温和60 $^\circ$ C下分别产生> 3.8和4.6 $μ$ m的巨大位移。进一步增加的电场以上的矫顽值的变化的折叠曲率，从而增强有效的压电响应。最后，它被发现，膜折叠随着温度的升高，然后完全固定的膜以上的居里温度，使我们能够模拟的铁电域起源的效果。
2020-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Excitonic photoluminescence in symmetric coupled double quantum wells subject to an external electric field
从理论和实验两方面研究了外加电场F对对称耦合双量子阱激子光致发光谱的影响。我们表明，变分法在两粒子电子-空穴波函数近似下给出了一个很好的协议与测量的PL在一个狭窄的DQW在一个宽的F区间，包括平带制度。给出了分子束外延生长的DQW的实验数据，DQW由两个5 nm宽的GaAs阱组成，由4个单层（ML）宽的纯AlAs中心势垒分隔，并夹在Ga_{0.7} Al_{0.3} As层之间。沿生长方向施加偏置电压。空间上的直接和间接激子跃迁被确定，激子的半径和激子在生长方向上的压缩进行了评价变分。计算了激子结合能、复合能、振子强度和跃迁相对强度随外加电场的变化关系。我们的分析表明，这个简单的模型是适用于窄的DQW的情况下，不仅为PL峰的位置的定性描述，但也为他们各自的形状和强度的估计。
1999-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large in-plane negative piezoelectricity and giant nonlinear optical susceptibility in elementary ferroelectric monolayers
本研究通过计算发现畸变α-Bi单质铁电单层具有大的面内负压电性，其源于柱间滑动的屈曲铁电机制，且拉伸/压缩应变可分别调控其铁电翻转能垒与非线性光学响应，相关机制可推广至其他单质铁电单层。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Piezoelectric Molecular Cocrystal with Unconventional $π$-Stacking
本文报道了一种OFN与酞嗪以1:2形成的极性共晶，其非常规π堆积源于N-F静电排斥导致的分子错位，从而产生电极化和高达11.4 pC N⁻¹的剪切压电系数。
2025-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A Piezoelectric, Strain-Controlled Antiferromagnetic Memory Insensitive to Magnetic Fields
基于反铁磁（AFM）材料的自旋电子器件具有快速开关速度和对磁场的鲁棒性。不同的器件概念已经被预测和实验证明，如低温AFM隧道结作为自旋阀，或室温AFM存储器，其中无论是热加热结合磁场，或Néel自旋轨道扭矩用于信息写入过程。另一方面，在多铁性异质结构中采用压电材料通过电场来控制磁性，这抑制了由开关电流引起的焦耳热，并且可以实现低能耗的电子器件。在这里，我们结合这两类材料来探索由压电应变引起的高温Néel反铁磁体MnPt的电阻的变化。我们发现在室温和零电场下有两个非挥发性电阻态，它们在高达60 T的磁场中是稳定的。此外，应变感应电阻开关过程对磁场不敏感。在隧道结中的集成可以进一步放大电阻。在室温下，隧道各向异性磁电阻达到~11.2%。总体而言，我们展示了压电，应变控制的AFM存储器，这是完全运作在强磁场，并具有潜在的低能量和高密度的存储器应用。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Orthotropic Piezoelectricity in 2D Nanocellulose
键合区域内的机电响应的控制是必不可少的，以面对纳米技术，如分子电子学和生物技术的前沿挑战。在这里，我们提出了I \b{eta} -纳米纤维素作为一个潜在的新的正交各向异性的二维压电晶体。预测的层内压电性起源于sui-generis氢键模式。基于这一事实，并通过使用从头算和特设模型的组合，我们介绍了沿化学键的电剖面的描述。这样的发展导致获得的扩展压电效应起源于键尺度建模的理由。估计的2D I \b{eta} -纳米纤维素压电响应的数量级为~pm V-1，将该材料排列在当前使用的压电能量发生器和新的人工2D设计的水平。这一发现对于开发替代材料以推动新兴纳米技术至关重要。
2017-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
