圖A：Sm-PMN-PT晶體照片 圖B：晶體壓電系數和介電常數 圖C：晶體電致應變測試曲線 西安交通大學供圖

　　自1997年被發現以來，弛豫鐵電單晶被認為是壓電材料取得的革命性突破，它大幅度提升了壓電材料的性能和醫療超聲的成像分辨率。然而，隨著人們對醫療超聲系統精度需求的不斷提升，如何進一步提高弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能，成為近20多年來，國內外科學家廣泛關注的重要科學問題。

　　西安交通大學教授李飛、徐卓與美國賓夕法尼亞州立大學、澳大利亞伍倫貢大學、美國北卡州立大學等單位合作，在弛豫鐵電單晶材料高性能化研究方面取得重大突破，相關成果4月19日發表于《科學》。

　　據介紹，研究人員設計并生長了釤摻雜的鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛壓電單晶，成功將“增強的局域結構無序性”“準同型相界”和“工程疇結構”三種高壓電效應的起因有機結合，大幅度提高了弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能，壓電系數最高達4000皮庫侖每牛頓以上，介電常數達12000以上，較之非摻釤的同組分的鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛壓電單晶的性能提高約1倍。同時，利用釤元素在晶體生長過程中的分凝特點，研究人員優化了單晶棒性能的均勻性，為高頻醫療超聲探頭和高精度與大位移壓電驅動器奠定了新壓電單晶材料基礎。

　　此外，基于第一性原理計算，研究團隊還發現，釤摻雜的鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛晶體相變溫度下降很可能是由于釤摻入而隨之產生的鉛空位所致。而這一發現將為今后進一步優化弛豫鐵電單晶的綜合性能提供理論參考。