2025年11月13日，烟台大学环境与材料工程学院青年教师卢广明联合加泰罗尼亚纳米科技研究所Gustau Catalan教授及剑桥大学地球科学系Ekhard K. H. Salje教授于国际顶级学术期刊《Physical Review Letters》(PRL)发表重要研究成果—《Antiferroelectric-like Switching inside Ferroelastic Domain Walls》，该研究首次揭示极性铁弹畴界反铁电式翻转行为，拓宽了传统铁弹材料的功能性应用范围，对新型纳米畴界器件的开发及研制有重要理论价值。

铁性功能材料（Ferroic Materials）内部，存在着一种称为“畴壁”的微观结构，它们是不同局域序参量之间的过渡区域。这些畴壁并不是简单的二维平面，而是具有一定厚度的“薄层”，拥有与块体内部截然不同的物理特性，如增强的电导性、磁性甚至超导性。在铁电及铁磁性材料中，铁弹性往往作为次级序参量，参与到电磁性能的调制之中。铁弹性为主序参量的铁弹材料作为地壳储藏丰度最高的一类材料，其畴界由于晶体结构对称性的破缺会表现出“极性薄层”，具备类似于铁电材料的应用潜质。

传统观念认为，这种极化主要来源于应变梯度引起的挠曲电效应，是一种固定的、不可翻转的极性状态。研究团队通过分子动力学模拟，深入探究了CaTiO₃晶体中铁弹性畴壁的结构和性质。研究发现，畴壁的极化不仅来源于挠曲电效应，还来自于极性与非极性序参量之间的相斥双平方耦合作用。在较低电场下，挠曲电效应占主导地位，畴壁极化几乎不可翻转。然而，当电场增强到一定程度时，情况发生了转变。在约27 MV/cm的临界电场下，畴壁的极化状态会发生突变，转变为一种可翻转的高极化状态。更重要的是，这种切换表现出明显的双电滞回线特征，类似于反铁电体的行为，而非传统铁电体的单电滞回线。

这一发现的革命性在于，研究人员可以在不改变整体畴结构的情况下，单独翻转畴壁的极化状态。由于畴壁的矫顽场明显低于块体相变的临界场，使得这种选择性控制成为可能。当施加低于块体临界场的电场时，只有畴壁的极化状态发生变化，而周围的畴结构保持不变。一旦电场超过块体临界值，整个晶体才会转变为极性相。这种选择性控制为设计新型电子器件提供了可能，其中畴壁可以作为独立的功能单元被单独寻址和操作。

这一发现的意义远不止于CaTiO₃一种材料。Pnma结构的钙钛矿是自然界中最常见的钙钛矿结构之一。研究团队认为，类似的反铁电式翻转行为可能广泛存在于其他铁弹性钙钛矿中。这为在更多材料体系中探索和利用畴壁的可翻转极化提供了理论基础。

该文章第一兼通讯作者为环境与材料工程学院卢广明博士，合作通讯作者为Gustau Catalan教授，烟台大学为第一通讯及完成单位。相关工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金的资助。

全文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/2h19-7rp5

来稿时间：12月31日 审核：刘俞斌 责任编辑：刘运正