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【24h】

Polarization rotation mechanism for ultrahigh electromechanical response in single-crystal piezoelectrics

机译：单晶压电超高机电响应的极化旋转机制

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摘要

Piezoelectric materials, which convert mechanical to electrical energy (and vice versa), are crucial in medical imaging, telecommunication and ultrasonic devices. A new generation of single-crystal materials, such as Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3 (PZN-PT) and Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTi_3 (PMN-PT), exhibit a piezoelectric effect that is ten times larger than conventional ceramics, and may revolutionize these applications. However, the mechanism underlying the ultrahigh performance of these new materials—and consequently the possibilities for further improvements—are not at present clear. Here we report a first-principles study of the ferroelectric perovskite, BaTiO_3, which is similar to single-crystal PZN-PT but is a simpler system to analyse. We show that a large piezoelectric response can be driven by polarization rotation induced by an external electric field. Our computations suggest how to design materials with better performance, and may stimulate further interest in the fundamental theory of dielectric systems in finite electric fields.
机译：压电材料将机械能转换为电能（反之亦然），在医学成像，电信和超声设备中至关重要。新一代单晶材料，例如Pb（Zn_（1/3）Nb_（2/3））O_3-PbTiO_3（PZN-PT）和Pb（Mg_（1/3）Nb_（2/3）） O_3-PbTi_3（PMN-PT）表现出的压电效应是传统陶瓷的十倍，可以彻底改变这些应用。但是，目前尚不清楚这些新材料具有超高性能的潜在机理，因此还有进一步改进的可能性。在这里，我们报道了铁电钙钛矿BaTiO_3的第一性原理研究，它与单晶PZN-PT相似，但是分析起来比较简单。我们表明，大的压电响应可以由外部电场引起的极化旋转驱动。我们的计算表明了如何设计性能更好的材料，并可能激发人们对有限电场中介电系统基本理论的进一步兴趣。

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  • 来源
    《Nature》 |2000年第6767期|p.281-283|共3页
  • 作者

    Huaxiang Fu; Ronald E. Cohen;

  • 作者单位
  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 自然科学总论;
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