近日，理学院青年教师李川福在国际物理学领域权威期刊《Physical Review B》发表题为“Significantly enhanced stability of hybrid improper ferroelectricity in SrZr2O7 by isovalent Ca substitution”的学术论文。西华大学为该论文的第一完成单位，理学院李川福博士为该论文的通讯作者，2022级硕士生罗倩为论文第一作者。

作为杂化非本征铁电体（hybrid improper ferroelectric, HIF）这类新型铁电材料的代表，A2A′B2O7 型双层 Ruddlesden–Popper 型钙钛矿氧化物近年来受到了越来越多的关注。然而，这类材料的铁电态对外延应变的低稳定性及自发极化强度（P）不足，仍然是其实际应用面临的主要挑战。以典型 HIF 化合物 Sr3Zr2O7为例，文献研究表明，在仅约 ±2% 的外延应变时，其铁电基态（极性A21am相）会结构转变为非极性相，铁电性会消失。其在多晶样品中测得的极化强度仅为 P ~ 0.30 µC/cm²，理论预测的最大极化也仅为 ~ 6.75 µC/cm²，均难以满足实际应用需求。为解决这一问题，该研究采用第一性原理计算，从理论上探索了通过选择性地将A位Sr原子等价替换为相对原子半径较小的Ca原子这一策略，系统研究增强Sr3Zr2O7铁电稳定性和极化强度的可能性。研究表明，在这一合理的替换策略下，相较于竞争相非极性Pnab相，极性A21am基态稳定性显著增强，基态极化强度可提升一倍，虽然矫顽场强略有增加；同时，极性-非极性相变仅在施加极大应变（远超实验可实现范围）时才会发生。因此，位点选择性等价掺杂策略为提升铁电材料抗机械扰动稳定性提供了有效途径。

论文截图

作者简介：

李川福，理学博士，讲师，硕士生导师。2022年7月起任教于西华大学理学院，主要从事多铁性材料、莫尔结构的第一性原理理论预测。已在国际学术期刊发表SCI论文十余篇。以第一/通讯作者在物理学期刊《Physical Review B》发表论文2篇，物理学期刊《New Journal of Physics》发表论文1篇，物理学期刊《Journal of Applied Physics》发表论文1篇，主持国家自然基金青年基金项目1项。