Антиферроэлектрические тонкие пленки с включенной петлёй ферроэлектрического переключения для гигантского отрицательного электроцалорического эффекта

Фероические материалы объединяют однопетлевую гистерезисную кривую ферроэлектриков и двухпетлевую гистерезисную кривую антиферроэлектриков, формируя множественные гистерезисные циклы, что может существенно продвинуть технологии накопления энергии, электроцалорического охлаждения и неволатильной многосостояниевой памяти. Однако целенаправленная стабилизация промежуточных состояний, которые объединяют неволатильность ферроэлектриков и поле‑индуцированное фазовое переходное поведение антиферроэлектриков, остаётся фундаментальной задачей. В настоящей работе мы предлагаем стратегию приготовления тонкой плёнки цирконата свинца (PbZrO3) при низкой температуре с введением стабильной ферриэлектрической фазы внутри антиферроэлектрика для достижения трёхпетлевой гистерезисной кривой при больших электрических полях. Микроструктурные особенности показывают, что такое поведение обусловлено наличием Pb–Zr антисайт‑дефектов, действующих как зародыши для полярного порядка, которые индуцируют характерную тройную конфигурацию модуляции диполей (↑↑↓). Для демонстрации прикладного потенциала мы оценили электроцалорический эффект трёхпетлевой PbZrO3 плёнки на основе соотношений Максвелла; предсказанное изменение температуры ΔT может достигать −23.76 К, что примерно на 600% выше по сравнению с антиферроэлектрическими PbZrO3 тонкими плёнками с двухпетлевой гистерезисной кривой. Эти результаты формируют парадигму проектирования для внедрения стабильного ферроэлектрического переключения в антиферроэлектрики и могут открыть возможности для разработки высокоплотных энергохранилищ, неволатильной многосостояниевой памяти и высокоэффективных переключающих устройств.