近日，我校资源环境与材料学院罗能能教授团队在铌酸钠（NaNbO₃）无铅反铁电材料上成功实现典型双电滞回线，解决了NaNbO3反铁电体中困扰学界近70年的难题。该成果以“具有典型双电滞回线的NaNbO₃反铁电体”（“Well-defined double hysteresis loop in NaNbO₃antiferroelectrics”）为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。罗能能教授为第一作者和通讯作者，为第一单位。澳大利亚伍伦贡大学、清华大学、北京理工大学、香港理工大学为该工作的重要合作单位。这也是该团队近年来在《自然·通讯》发表的第2篇关于反铁电材料的学术论文。

反铁电体具有特殊的双电滞回线特征、大的极化强度和应变，在电介质储能、电卡制冷、大应变制动等领域具有重要的前景。NaNbO₃作为一类重要的无铅反铁电材料，自诞生以来距今已有70年的历史。然而，虽然NaNbO₃具有典型的反铁电体结构特点，但在电场作用下只能获得方形的类似铁电体的电滞回线，限制了其实际应用。针对上述问题，罗能能教授团队首先对NaNbO₃的多层次结构进行了分析，并结合第一性原理计算提出了一种“降低氧八面体倾斜角”来稳定反铁电P相的新策略。基于上述分析，团队成功在0.75NaNbO₃−0.20AgNbO₃−0.05CaHfO₃陶瓷中实现了P和Q相的可逆相变，获得了可与铅基反铁电体比拟的典型双电滞回线，即具有小的电滞回线回滞、低剩余极化强度、高的相变临界电场和零负应变。通过测试首圈和第二圈的电滞回线，应变曲线，极化后的压电常数，以及原位变电场拉曼等方法证明新设计的组分具有优异的反铁电-铁电可逆相变。同时，罗能能教授团队采用STEM和同步辐射XRD证实了八面体倾转角的降低是实现典型双电滞回线的原因，从而证实了调控晶格旋转畸变稳定反铁电相这一思想的正确性。本研究也为新型无铅反铁电材料的开发提供了从材料设计、理论预测和实验验证的科学范式。