本报讯（物质科学与信息技术研究院）铌酸钾钠[(K,Na)NbO3]因其环境友好性和优异的压电性能，被认为是有望取代铅基材料[如Pb(Zr,Ti)O3]的理想候选之一。多年来，研究人员在(K,Na)NbO3基材料（包括陶瓷和薄膜）的压电性能方面取得了显著成果，但在铁电极化性能方面的研究仍面临较大挑战。其中，材料内部的漏电流问题是一个关键制约因素。近日，我校物质科学与信息技术研究院联合中科院合肥物质科学研究院强磁场中心、清华大学材料科学与工程学院以及乌镇实验室先进功能陶瓷材料研究中心，共同设计出一种具有自主组装反向界面嵌入式的Mn掺杂的(K,Na)NbO3基薄膜。该薄膜中Mn元素富集的反向界面具有原子级尺度，沿晶轴方向生长并贯穿整个薄膜。通过调控界面电荷与层间应力，有效抑制了漏电流，并显著增强了(K,Na)NbO3基薄膜的铁电极化性能，从而实现了该类薄膜在铁电性能上的重要突破。相关研究成果以“Mn-atomic-layered antiphase boundary enhanced ferroelectricity in KNN-based leadfree films”为题发表在Nature Communications期刊上，[Nat. Commun. 16, 5907 (2025)]。我校徐立强老师为该论文的第一作者，中科院强磁场中心陈峰研究员，我校黄振教授和乌镇实验室姚方周研究员（特聘）为共同通讯作者，安徽大学为第一单位。
基于该团队前期对Mn掺杂(K,Na)NbO3薄膜内部反向界面结构解析[Nat. Commun. 15, 6735 (2024)]，本研究围绕这种反向界面结构对薄膜铁电极化性能的增强作用进行了系统研究。（1）宽频范围内铁电极化的稳定保持：在20 Hz至10 kHz的频率范围内，Mn掺杂的(K,Na)NbO3薄膜表现出优异的铁电极化稳定性，表明其具有良好的频率响应能力。（2）铁电极化与反向界面的构效关系：通过深入分析了反向界面结构对铁电极化强度的影响机制，揭示了界面工程在提升材料性能中的关键作用。（3）反向界面对相变行为的影响：研究还探讨了反向界面的存在对(K,Na)NbO3基薄膜相变行为的影响，发现其有助于调控材料的相结构演化，提升材料的居里温度。本研究结果为设计高性能、无铅(K,Na)NbO3基铁电薄膜提供了新的思路与实验依据。
图 (K,Na)NbO3基薄膜反向界面的原子结构