ケージ拘束原子変位によって反強誘電体の絶縁破壊耐性を向上(Cage-Confined Atomic Displacement Enhances Antiferroelectric Breakdown Resistance)

2026-09-28 中国科学院(CAS)

2次元ペロブスカイト型反強誘電体(AFE)において、ケージに閉じ込められた原子の変位を制御することで、電気的絶縁破壊への耐性と疲労耐久性を大幅に向上できることを、中国科学院(CAS)福建物質構造研究所の研究チームが明らかにした。対象材料の(2-MBA)₂CsPb₂Br₇は、約175 kV/cmの高い絶縁破壊電界強度と100万回を超えるサイクル耐久性を示した。エネルギー障壁計算と固体NMRによるその場観測から、ケージ内のCs⁺イオンの原子変位に2.91 eVという高いエネルギー障壁が存在し、これがキュリー温度と抗電界の上昇につながることを解明した。従来の秩序・無秩序型の動的機構とは異なる「閉じ込め依存型原子変位」を利用することで、高耐久の電気秩序材料を設計できる可能性を示した。高精度変位センサーやエネルギー貯蔵用コンデンサーへの応用が期待される。

ケージ拘束原子変位によって反強誘電体の絶縁破壊耐性を向上(Cage-Confined Atomic Displacement Enhances Antiferroelectric Breakdown Resistance)
Illustration of the research: stable breakdown resistant molecular antiferroelectric triggered by confinement-dependent atomic displacement. (Image by FJIRSM)

<関連情報>

閉じ込め依存的な原子変位によって誘発される、安定かつ破壊耐性のある分子反強誘電体 Stable Breakdown-Resistant Molecular Antiferroelectric Triggered by Confinement-Dependent Atomic Displacement

Wenjing Li, Yu Ma, Yayu Yan, Yi Liu, Qingshun Fan, Liwei Tang, Qiaohong Li, Xiaobin Fu, Junhua Luo, Zhihua Sun
Angewandte Chemie International Edition  Published: 07 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.8019471

ABSTRACT

Molecular antiferroelectrics (AFEs) with antiparallel dipole alignment are promising for energy-storage capacitor applications. However, it is challenging to design new molecular AFEs with superior breakdown resistance, owing to the lack of knowledge on the atomic-level origin regarding AFE orders. Here, we present stable breakdown resistance in 2D perovskite AFE, (2‑MBA)2CsPb2Br7 (2‑MBA = 2‑methylbutylammonium), involved with the confinement-dependent atomic displacement. It shows antiferroelectricity with a large spontaneous polarization of 5.0 µC/cm2. Particularly, the cage‑confined Cs+ cations display atomic displacement to create stable antifatigue merits, including high breakdown field up to 175 kV/cm and the fatigue endurance beyond ∼106 cycles, falling in the range of the highest level for molecular AFEs. Combination of energy barrier calculation and in situ solid-state NMR spectroscopy was used to reveal the crucial role of displacive dynamics. Contrary to order-disordering dynamics, it is the high energy barrier (Ea = 2.91 eV) of cage-confined Cs+ cation displacement that leads to the increase in Curie temperature (∼327 K) and forward coercive field (∼56.8 kV/cm). Such attributes allow for AFE switching under stronger external stimuli, thus endowing stable fatigue resistance even at higher breakdown fields. This work provides a feasible principle of delicately manipulating cage-confined dynamics to design new electric-ordered candidates.

0501セラミックス及び無機化学製品
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました