异质结界面天然的对称性破缺衍生出了丰富多样的物理效应和功能，如Rashba型自旋-轨道耦合、整流效应、光伏效应等。界面的非中心对称性，也可以在异质结中诱导出压电效应，实现机械能与电能的相互转换，称为界面压电效应【M.M. Yang, et. al., Nature 584, 377 (2020)】。
相比于传统的基于体对称性破缺的压电效应，界面压电效应不在局限于非中心对称性的绝缘电介质材料，而是存在于所有具有内阻的异质结体系，即使是由中心对称半导体组成的异质结构。因此，界面压电效应极大的拓展了压电效应的研究领域和应用范畴，也为压电材料的物性调控、器件设计提供了新的契机。
近日，中国科学技术大学 杨明敏Ming-Min Yang，英国 华威大学（The University of Warwick）Marin Alexe等，西湖大学刘仕Shi Liu等，在Nature Materials上发文，通过对异质结界面极性对称性的精确调控，首次实现了一种名为“拉胀型压电效应”（auxetic piezoelectric effect）的现象。
这种效应允许压电材料在外部电场刺激下在横向和纵向方向上同时发生收缩或膨胀，行为类似于电学上的负泊松比效应。这一发现突破传统压电材料展现出的纵向(d33)与横向压电系数（d31,d32）符号相反的限制，丰富了压电效应的行为模式，为全半导体驱动器、传感器和滤波器的开发提供了新的潜力。
图1：拉胀型压电效应的唯象理论与特征。
图2: 在Au/Nb:SrTiO3肖特基结中，拉胀压电效应的实验证明。
图3: 在(110)取向Au/Nb:SrTiO3肖特基结中，拉胀压电效应的演示。
图4: 逆拉胀压电效应演示。
图5: 在异质结构中，拉胀压电系数。
小编：四川金中德科学技术研究院
来源：今日新材料
