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传统钙钛矿铁电体如BaTiO₃中,通过掺杂适量的杂质原子获得弛豫铁电体，使得原本长程有序的铁电极化被阻挫成众多具有不同取向的极化纳米畴（Polar nanoregions，PNRs）。弛豫铁电体由于存在极化纳米畴使铁电相变及其功能特性发生了本质变化，诱发出弥散相变、频率依赖介电响应和优异压电性能等奇异特性。随着微型器件的发展，二维铁电材料逐渐被人们所重视，一系列二维铁电体被发现。不同于传统弛豫铁电体研究主要集中在钙钛矿块体铁电材料中，二维弛豫铁电体尚未见公开报道。鉴于二维材料体系与三维体系的固有差异，通过异质原子掺杂策略研究二维铁电材料的弛豫相变动力学及其物性演化规律，不仅对揭示低维铁电系统相变机制具有重要的理论价值，而且可为二维铁电材料的性能调控提供了新的工程途径。

近日，西安交通大学材料学院的邓俊楷教授课题组与澳大利亚墨尔本大学刘哲教授合作，利用基于深度学习分子间作用势的分子动力学模拟（DeepMD），研究了二维Pb₅₀Te_50-xSe_x在应变作用下的弛豫相变行为。研究结果表明，二维PbTe在Se原子掺杂作用下，应变诱发的铁电长程有序被掺杂原子引入的随机场/键作用阻挫，并产生了弥散的PNRs。此外，瞬时和时间平均的动态对分布函数结果表明，PNRs具有动态属性，在外电场作用下可发生弛豫，引起频率依赖的弛豫铁电行为。随着应变的增加，深入的原子结构分析表明PNRs的平均尺寸演化和渗逾强度服从渗逾理论中的幂律（power law），证明从弛豫铁电体转变为长程有序态时，PNRs经历了渗逾过程。值得注意的是，二维Pb₅₀Te_50-xSe_x的压电系数最大值对应着材料PNRs渗逾的临界应变。

本项研究成果以“Strain-induced two-dimensional relaxor ferroelectrics in Se-doped PbTe”为题发表在国际著名期刊Physical Review B（IF= 4.04）上。西安交通大学为本论文的第一作者和第一通讯单位，论文第一作者弓站朋是材料学院邓俊楷教授培养的博士生。本项研究得到了国家自然科学基金面上项目、陕西省重点研发计划、创新引智111计划2.0项目的资助。研究也得到西安交通大学校级高性能计算平台、西安未来人工智能计算中心提供的超算算力和技术支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.109.054117