2019年5月31日（北京時間），我院朱靜教授課題組和李敬鋒教授課題組聯合在美國物理聯合會Journal of Applied Physics期刊上在線發表了題為《反鐵電序參量與具有高儲能密度的钽摻雜铌酸銀》（Antiferroelectric order and Ta-doped AgNbO3 with higher energy storage density. Journal of Applied Physics, 125, 20: 204103 (2019)）的封面文章。該論文将材料的儲能性能與反鐵電的唯象模型，特别是反鐵電序參量有機地結合了起來，并在此基礎上提出了新型反鐵電儲能材料的設計思路，對研究者們深入研究反鐵電材料的性能及其物理機制有着重要的指導意義。
        雖然反鐵電材料也屬于鐵性材料大家族，而且在靜電儲能領域已得到大量應用，但相比于已經被廣泛研究和應用的鐵電與鐵磁材料來說，受制于反鐵電材料自身結構的複雜性，人們對反鐵電材料的研究還遠遠不夠深入和全面。譬如在上世紀中葉，鐵電材料的唯象理論便已基本完善，但是研究者們直到2016年才建立起較為合理的反鐵電唯象模型，而且也未能給出對實驗結果，特别是複雜氧化物體系原子尺度電鏡圖像作定量分析的顯式表達式，這就限制了該模型的應用前景。另一方面，研究者們常常通過元素摻雜來改善反鐵電材料的儲能性能，例如摻雜15mol%的钽元素後，铌酸銀的儲能密度即可從2.1J/cm3提高到4.2 J/cm3。若能從唯象理論出發，找出其性能的決定因素，則将能夠顯著推進該領域的發展。
        針對以上所述的傳統反鐵電唯象理論的局限性，該研究在原子尺度實驗結果的基礎上，将反鐵電序參量的定義推廣到了以铌酸銀為代表的複雜氧化物體系中，并得到了純铌酸銀和钽摻雜铌酸銀的約化反鐵電序參量，發現摻雜後體系的約化反鐵電序參量不但未增大，反而有小幅下降。作者在唯象理論的框架内，論證了反鐵電序參量的增加和順電相電容率的降低均能有效提高儲能密度；在摻雜钽元素後，體系儲能密度增大的主要原因則是摻雜後高溫順電相的電容率顯著減小。随後論文作者進一步提煉出了一種設計高性能靜電儲能材料的思路，以達到顯著提高材料的反鐵電-鐵電相變的臨界場強的目的，進而提高材料的儲能密度。
        這部分工作在美國物理聯合會主辦的JAP刊物發表，并被編輯部認為是該刊物最好的文章之一，作為Featured Article，被放在JAP主頁的顯著位置上。以下是編輯部給文章通訊作者朱靜的部分email内容。
        “The Editors felt that your article was one of the journal's best, and have chosen to promote it as a Featured Article. Once published, your paper will be displayed prominently on the journal's homepage and will be identified with an icon next to the article title.”
        論文第一作者為beat3652014級博士生李根，導師為朱靜教授。該研究工作得到了國家自然科學基金重大項目、國家自然科學基金創新中心、國家973項目和國家重大研發專項的支持。
        論文鍊接：https://doi.org/10.1063/1.5090444。

圖1 JAP官網主頁對該工作的報道

圖2. （a）[110]c帶軸下Pbcm結構铌酸銀的衍射花樣模拟圖；

       （b）[110]c帶軸下Pbcm結構铌酸銀的衍射花樣實驗圖；

     （c）Pbcm結構铌酸銀在[110]c帶軸下的HAADF圖像。

圖3. （a）钽摻雜铌酸銀的HAADF圖像及其傅裡葉變換；（b）為圖3（a）中黃色區域的放大圖；

                                           （c）為圖2（c）中橙色區域的放大圖，可見钽摻雜後(11(—)0)C原子面的波動程度減小

圖4. 純铌酸銀和钽摻雜铌酸銀約化反鐵電序參量的頻率分布直方圖和高斯拟合結果，

其中每一頻率分布直方圖包含32個區間，可見摻雜後體系的約化反鐵電序參量略有減小。