鐵電材料是一類具有特殊電學性能的材料，它們在一定溫度范圍內具有鐵電性，即具有自發極化和電滯回線等特性，同時鐵電材料也是一種具有重要應用價值的材料，其測試對于材料科學的發展和信息存儲、處理和傳輸等領域都有重要的推動作用。Aigtek安泰電子今(jin)天就將為大家分享一(yi)(yi)篇鐵電材料(liao)測試領(ling)域研究成果，一(yi)(yi)起接(jie)著往下看吧(ba)~

　　本(ben)項研究(jiu)，作者(zhe)通過(guo)(guo)第一(yi)(yi)性(xing)原理(li)計算(suan)發現通過(guo)(guo)對鐵(tie)電(dian)(dian)(dian)材料的(de)(de)摻雜，可以(yi)產生極(ji)化結(jie)構(gou)到(dao)具有中心反演結(jie)構(gou)的(de)(de)結(jie)構(gou)相變，從(cong)而“軟化”極(ji)化聲(sheng)子模。在(zai)臨界電(dian)(dian)(dian)子濃度附(fu)近，伴隨“軟化”的(de)(de)極(ji)化聲(sheng)子模，電(dian)(dian)(dian)聲(sheng)子耦合(he)(he)(he)強度增加，從(cong)而為產生常規超導創造有利條件(jian)。同時該(gai)工(gong)作顯示“鐵(tie)電(dian)(dian)(dian)金屬(shu)”中的(de)(de)“弱耦合(he)(he)(he)”機制在(zai)摻雜鐵(tie)電(dian)(dian)(dian)材料中不(bu)一(yi)(yi)定有效(xiao)。巡游電(dian)(dian)(dian)子和極(ji)化聲(sheng)子的(de)(de)“同源(yuan)”性(xing)可以(yi)產生較強的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)聲(sheng)子耦合(he)(he)(he)。

　　電(dian)(dian)聲子(zi)(zi)相(xiang)互作(zuo)(zuo)用是固體中除了(le)電(dian)(dian)子(zi)(zi)庫倫相(xiang)互作(zuo)(zuo)用外，最基本的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)互作(zuo)(zuo)用。電(dian)(dian)聲子(zi)(zi)相(xiang)互作(zuo)(zuo)用可(ke)(ke)以顯著改變金(jin)屬(shu)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)輸運與(yu)熱(re)力(li)學性質，特別是它(ta)能產生(sheng)有效的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸引相(xiang)互作(zuo)(zuo)用，從而(er)在(zai)低溫時產生(sheng)超(chao)(chao)導。最近在(zai)實(shi)驗(yan)上(shang)合(he)(he)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)聚氫材料在(zai)超(chao)(chao)高壓(ya)強下產生(sheng)了(le)超(chao)(chao)過200K的(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)導轉變溫度，說(shuo)明電(dian)(dian)聲子(zi)(zi)耦合(he)(he)機制也可(ke)(ke)以產生(sheng)高溫超(chao)(chao)導。一(yi)個自然的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題(ti)是：是否可(ke)(ke)以在(zai)常壓(ya)下，顯著地增(zeng)強金(jin)屬(shu)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)聲子(zi)(zi)耦合(he)(he)，從而(er)提(ti)升聲子(zi)(zi)超(chao)(chao)導的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉變溫度？這樣不(bu)僅樣品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)尺寸不(bu)會受到超(chao)(chao)高壓(ya)強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)限制，更(geng)有利于應用；更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是在(zai)常壓(ya)下我(wo)們可(ke)(ke)以使用很多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)探測手段（Meissner效應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)測量，中子(zi)(zi)散射，ARPES）增(zeng)進我(wo)們對(dui)超(chao)(chao)導系統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)理解和認(ren)知。

　　通(tong)常增加金屬中的電聲子(zi)(zi)(zi)耦合是通(tong)過“軟化”一些(xie)(xie)聲子(zi)(zi)(zi)模(mo)，即讓(rang)聲子(zi)(zi)(zi)的頻率(lv)變(bian)小，因為電聲子(zi)(zi)(zi)耦合常數(shu)反比于(yu)聲子(zi)(zi)(zi)頻率(lv)。然而(er)具體(ti)選擇哪些(xie)(xie)聲子(zi)(zi)(zi)模(mo)進(jin)行軟化，則(ze)強烈依賴于(yu)材(cai)料的具體(ti)細節。

　　在本(ben)工作(zuo)中，作(zuo)者通過第(di)一性原(yuan)理計(ji)算詳細地(di)研究了一類“近(jin)似極(ji)化金(jin)屬”—摻雜的鐵(tie)電材(cai)料(liao)(liao)（選擇BaTiO3作(zuo)為代表性的電鐵(tie)材(cai)料(liao)(liao)）。鐵(tie)電材(cai)料(liao)(liao)本(ben)身具有(you)自發(fa)的極(ji)化強(qiang)度。通過摻雜可以(yi)將電子(zi)注入鐵(tie)電材(cai)料(liao)(liao)，巡游電子(zi)會屏蔽(bi)長程庫倫(lun)相互(hu)作(zuo)用，從而減小(xiao)極(ji)化強(qiang)度。

　　圖(tu)一(yi)：BaTiO3中由電子摻雜導致的結構(gou)相變

　　圖一(yi)(yi)(yi)顯示了BaTiO3隨著注(zhu)(zhu)入電子(zi)濃度(du)的(de)增(zeng)加(jia)，從菱面體到(dao)(dao)四(si)方(fang)體，最(zui)后到(dao)(dao)立(li)方(fang)體的(de)晶體結(jie)構(gou)相(xiang)變。特別是，從四(si)方(fang)體到(dao)(dao)立(li)方(fang)體的(de)結(jie)構(gou)相(xiang)變過程是一(yi)(yi)(yi)個(ge)二(er)級相(xiang)變，在相(xiang)變過程中，極化聲(sheng)子(zi)首先(xian)是被注(zhu)(zhu)入電子(zi)“軟化”（圖二(er)），然后在電子(zi)濃度(du)達(da)到(dao)(dao)臨界值后又被“硬化”，形成了一(yi)(yi)(yi)個(ge)“V字型”的(de)曲線。因為電聲(sheng)子(zi)耦合反比于(yu)聲(sheng)子(zi)頻率(lv)，我們(men)預(yu)期(qi)在臨界電子(zi)濃度(du)附近，跟極化聲(sheng)子(zi)相(xiang)關的(de)電聲(sheng)子(zi)耦合會(hui)增(zeng)大(da)，從而為產生常規超導(dao)創造一(yi)(yi)(yi)個(ge)有利條件。

　　圖二(er)：臨界電子(zi)(zi)濃(nong)度附近的BaTiO3的電子(zi)(zi)結(jie)構，聲子(zi)(zi)結(jie)構和極(ji)化聲子(zi)(zi)模(mo)。

　　圖三：臨界電子濃度附近(jin)的BaTiO3的電聲子譜(pu)，以及(ji)常(chang)規超導能隙和轉變溫(wen)度。

　　圖三具體整理了(le)(le)關于摻雜BaTiO3在(zai)臨(lin)界(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)濃(nong)度(du)(du)(du)附(fu)近的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聲(sheng)(sheng)子(zi)耦(ou)合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)性質。通過計算，作者發現(xian)，在(zai)臨(lin)界(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)濃(nong)度(du)(du)(du)附(fu)近，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聲(sheng)(sheng)子(zi)耦(ou)合(he)作用有顯著地(di)增(zeng)強(qiang)(qiang)，最(zui)大值約為(wei)0.6。通過Eliashberg方(fang)(fang)程估算，這(zhe)么(me)大的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聲(sheng)(sheng)子(zi)耦(ou)合(he)可以產生約2K左(zuo)右的(de)(de)(de)(de)(de)常(chang)規超(chao)導。因為(wei)極化(hua)(hua)(hua)聲(sheng)(sheng)子(zi)軟化(hua)(hua)(hua)產生的(de)(de)(de)(de)(de)“V字(zi)型”的(de)(de)(de)(de)(de)曲線(xian)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聲(sheng)(sheng)子(zi)耦(ou)合(he)隨電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)濃(nong)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)(hua)呈現(xian)出一(yi)個“倒(dao)V字(zi)型”，而在(zai)臨(lin)界(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)濃(nong)度(du)(du)(du)附(fu)近超(chao)導轉變溫度(du)(du)(du)出現(xian)一(yi)個近似的(de)(de)(de)(de)(de)“拱形(xing)”。作者進一(yi)步研究(jiu)了(le)(le)在(zai)臨(lin)界(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)濃(nong)度(du)(du)(du)附(fu)近，四(si)方(fang)(fang)結構(gou)和立方(fang)(fang)結構(gou)中電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聲(sheng)(sheng)子(zi)耦(ou)合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)細(xi)微差(cha)別。他們發現(xian)四(si)方(fang)(fang)結構(gou)中的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聲(sheng)(sheng)子(zi)耦(ou)合(he)增(zeng)強(qiang)(qiang)更為(wei)顯著，這(zhe)是因為(wei)除了(le)(le)極化(hua)(hua)(hua)聲(sheng)(sheng)子(zi)（這(zhe)是一(yi)個光學支(zhi)），聲(sheng)(sheng)學支(zhi)對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聲(sheng)(sheng)子(zi)耦(ou)合(he)也有不小的(de)(de)(de)(de)(de)貢獻(xian)（圖三）。

　　而在(zai)(zai)立(li)方(fang)結構(gou)中(zhong)，聲學(xue)(xue)支(zhi)對(dui)(dui)電(dian)(dian)聲子耦(ou)合的(de)貢(gong)獻則可(ke)以(yi)忽略。為了更(geng)好(hao)地說明聲學(xue)(xue)支(zhi)在(zai)(zai)低對(dui)(dui)稱性(xing)晶體(ti)結構(gou)中(zhong)對(dui)(dui)電(dian)(dian)聲子耦(ou)合的(de)貢(gong)獻，作(zuo)者對(dui)(dui)摻雜(za)BaTiO3施加(jia)應力，并(bing)發現對(dui)(dui)一(yi)個固定的(de)電(dian)(dian)子濃度(du)，應力會產生由(you)立(li)方(fang)體(ti)到四方(fang)體(ti)的(de)結構(gou)相變，而其中(zhong)四方(fang)結構(gou)的(de)電(dian)(dian)聲子耦(ou)合強度(du)與超導(dao)轉變溫(wen)度(du)均高(gao)于(yu)相同摻雜(za)濃度(du)下的(de)立(li)方(fang)結構(gou)（圖四）。這一(yi)差別同樣(yang)來源于(yu)聲學(xue)(xue)支(zhi)的(de)貢(gong)獻。

　　圖四：應力對(dui)摻雜BaTiO3中電聲子耦合的影響(xiang)

　　本工作中另(ling)一個想傳(chuan)達的(de)(de)要點(dian)是(shi)(shi)：Anderson和Blount曾提出，在“鐵電(dian)(dian)金屬(shu)”材料中，鐵電(dian)(dian)性與(yu)金屬(shu)性之所以可以共(gong)存，是(shi)(shi)因為與(yu)極化(hua)(hua)結構(gou)相變相關(guan)(guan)(guan)的(de)(de)聲子模(mo)與(yu)巡(xun)游(you)電(dian)(dian)子間的(de)(de)耦(ou)(ou)合(he)很弱(ruo)，稱為“弱(ruo)耦(ou)(ou)合(he)”機制。但(dan)本工作則(ze)顯示：“弱(ruo)耦(ou)(ou)合(he)”機制是(shi)(shi)產生(sheng)“鐵電(dian)(dian)金屬(shu)”的(de)(de)充分條件，但(dan)不是(shi)(shi)必須的(de)(de)。比如在電(dian)(dian)子摻雜的(de)(de)鐵電(dian)(dian)材料BaTiO3中，與(yu)極化(hua)(hua)結構(gou)相變有關(guan)(guan)(guan)的(de)(de)聲子與(yu)Ti和O離子的(de)(de)位移有關(guan)(guan)(guan)，但(dan)同時(shi)巡(xun)游(you)電(dian)(dian)子占(zhan)據(ju)Ti-d和O-p的(de)(de)雜化(hua)(hua)軌(gui)道(dao)。

這(zhe)兩者“同源(yuan)”，因此摻雜 BaTiO3 中(zhong)巡游(you)電子和(he)極化聲子之間有較強(qiang)的(de)(de)耦(ou)合，這(zhe)也是通過軟聲子模調控電聲子耦(ou)合的(de)(de)基(ji)礎(chu)。本(ben)工作(zuo)(zuo)于(yu) 2021 年 4 月 19 日以“A large modulation of electron-phonon coupling and an emergent superconducting dome in doped strong ferroelectrics ” 為(wei) 題 發 表 于(yu) Nature Communications。上海紐(niu)約(yue)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)（NYU Shanghai）的(de)(de)陳航暉教授(shou)為(wei)本(ben)文的(de)(de)通訊作(zuo)(zuo)者。上海紐(niu)約(yue)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)的(de)(de)學(xue)(xue)生(sheng)馬(ma)家(jia)驥(ji)為(wei)本(ben)文第一作(zuo)(zuo)者。其(qi)他作(zuo)(zuo)者包(bao)括上海紐(niu)約(yue)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)學(xue)(xue)生(sheng)楊銳涵。本(ben)工作(zuo)(zuo)受到了來(lai)自(zi)國家(jia)自(zi)然(ran)科(ke)學(xue)(xue)基(ji)金和(he)紐(niu)約(yue)大(da)(da)(da)學(xue)(xue)研究挑(tiao)戰基(ji)金（NYU University Research Challenge Fund）的(de)(de)支(zhi)持。

　　以上是關于該實驗的具體介紹，Aigtek安泰電子ATA-7000系列高壓放大器，在鐵電材料極化測試中也有著良好應用，它是一款理想的可放大交、直流信號的功率放大器。單端(duan)輸(shu)出20kVp-p（±10kVp）高壓(ya)，可以(yi)驅動高壓(ya)型負載。電壓(ya)增益數控(kong)可調，一(yi)鍵(jian)保(bao)存常(chang)用設置，為您提供了(le)方便簡潔(jie)的(de)操作選擇。

　　最大輸出電壓20kVp-p（±10kVp）

　　帶寬(kuan)（-3dB）DC~100kHz

　　最大輸(shu)出電(dian)流40mAp

　　驅動高壓型負載

西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率(lv)信(xin)號源、前置微小信號放大器、高精(jing)(jing)度電壓(ya)源、高精(jing)(jing)度電流(liu)源等(deng)(deng)電子測量(liang)儀器(qi)研發、生產和(he)銷售的高科技企業，為(wei)用(yong)戶提(ti)供(gong)具有(you)(you)競爭力的測試方案(an)。Aigtek已經成為(wei)在(zai)業界擁(yong)有(you)(you)廣泛產品線(xian)，且具有(you)(you)相當規模的儀器(qi)設備供(gong)應商，樣機都支持免(mian)費試用(yong)。如(ru)想了解(jie)更多功(gong)率放大器(qi)等(deng)(deng)產品，請持續(xu)關注安泰電子官網hkdyw.cn或(huo)撥(bo)打029-88865020。