北京時間2019年10月25日，美國《科學》雜誌在線發表了
西安交通大學電信學部劉明教授課題組和材料學院丁向東教授課題組的最新合作論文"Super-elastic ferroelectric single-crystal membrane with continuous electric dipole rotations（具有連續電偶極旋轉的超彈性鐵電單晶薄膜）"。
鐵電材料是一種具有自發極化，且能夠實現機械能和電能轉換的功能材料，在磁電互調、機械驅動、壓力傳感和數據存儲等領域具有廣泛的應用。柔性電子技術正帶來一場智能可穿戴技術革命，而鐵電材料將在柔性電子領域將扮演重要角色。由於存在缺陷、晶界以及氧化物離子鍵/共價鍵本身延展性相對較小等問題，塊體鐵電氧化物表現出一定脆性和剛性。如何克服這些困難，在鐵電薄膜中實現超彈性和柔性並將其應用在柔性電子器件中是目前亟待解決的問題。
圖A-C BaTiO3薄膜轉移前/後晶體結構示意圖、RSM及光學照片；圖D BaTiO3/Pt/Si的面外PFM相位圖；圖E 自支撐BaTiO3薄膜的STEM圖像；圖F 原位SEM彎曲測試；圖G 原子模擬計算加載卸載過程彎矩與應變的關係；圖H 彎曲前/後鐵電極化的演變圖。
聚焦此關鍵科學問題，西安交大劉明教授團隊和丁向東教授團隊合作，對鐵電單晶薄膜材料柔性和彈性的力學行為進行了深入研究，並取得了重大突破。研究採用水溶性的Sr3Al2O6作為犧牲層，製備並剝離出大面積的自支撐BaTiO3 (BTO)單晶鐵電薄膜。實驗通過納米機械臂對其進行原位彎曲實驗，發現BTO薄膜能夠實現180°摺疊，其承受的最大彎曲應變高達~10%。同時實驗還發現在對其進行大角度壓縮後，隨著外力撤去，BTO薄膜的形狀能夠回彈，展現出超彈性行為。採用原子模擬計算發現，BTO薄膜的超彈性可能起源於鐵電納米疇在大應變梯度下a和c鐵電疇的可逆翻轉。同時在a和c鐵電疇之間產生了極化的連續翻轉，有效降低了能量勢壘，避免了因為疇翻轉而可能導致的斷裂。另外在彎曲狀態下，大應變梯度也將誘導出顯著的繞曲電效應，實現基於力電耦合的功能器件一體化，從而進一步加強基於柔性單晶鐵電薄膜相關器件的功能性。
基於本研究結果，可以預期其他鐵電體中也應該存在類似力學行為，為其他鐵電單晶薄膜中實現超彈性提供了實驗依據。此外，具有超彈性的柔性鐵電薄膜也是良好的電場調控介質，將其與柔性鐵電薄膜複合，可避免傳統多鐵薄膜異質結中存在的襯底束縛作用，並顯著提高磁電耦合效應，為未來開發新型小電場可調的柔性磁電器件奠定基礎。
國際頂級期刊Science（《科學》）是美國科學促進會（American Association for the Advancement of Science，AAAS）出版的一份學術期刊，為全世界最權威的學術期刊之一。近兩年來，西安交通大學在Science上已連續發表第6篇研究論文，在材料學，生命科學等領域取得重大進展！
2019年10月11日，深圳大學材料學院饒峰，美國約翰霍普金斯大學馬恩、西安交通大學張偉共同通訊在Science 在線發表題為"Phase-change heterostructure enables ultralow noise and drift for memory operation"的研究論文，該研究在面向高精度神經元計算應用的相變存儲材料與器件研究方面取得重要進展。另外，Science 發表了題為"The promise of phase-change materials"的點評文章，系統總結了該研究成果。
2019年7月5日，西安交通大學單智偉、澳大利亞莫納什大學聶建峰和美國內華達大學李斌共同通訊在Science 在線發表題為"Large plasticity in magnesium mediated by pyramidal dislocations"的研究論文，該研究發現塑性差並不是鎂的固有屬性，通過提高流變應力（如通過細化晶粒或提高應變速率）來促進位錯形核和滑移，可能是行之有效的增塑方法。
2019年4月19日，西安交通大學李飛（西安交通大學為第一單位）及 美國賓夕法尼亞州立大學張樹君共同通訊在Science 在線發表題為"Giant piezoelectricity of Sm-doped Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals"的研究論文，該研究成功地生長了Sm摻雜的Pb（Mg1 / 3Nb2 / 3）O3-PbTiO3（Sm-PMN-PT）單晶，其d33值甚至更高，範圍為每牛頓3400至4100pC N-1，具有良好的性能均勻性，這些晶體是各種傳感應用的理想選擇，可以通過消除浪費來降低成本。用掃描透射電子顯微鏡對原子尺度的Sm-PMN-PT進行了表徵，以確定巨大的壓電特性是由Sm3 +摻雜劑引入的增強的局部結構非均勻性引起的。因此，稀土摻雜被認為是引入局部結構異質性以增強弛豫鐵電晶體的壓電性的一般策略。最後，Science發表了題為"Doubling up piezoelectric performance"的點評文章，裡面談到實驗成像是一項艱鉅的任務，使用高分辨率透射電子顯微鏡檢查PMN-PT結構，在約20×20×20個單元晶格的小體積內，相當於40,000個原子。雖然在該體積中僅存在50個Sm原子，但是圖像顯示它們在Pb位置被取代，其難度及工作量非常大。另外，PMN-PT晶體中摻入的微量Sm顯著提高了它們的壓電和介電性能，並且這種效應可能是由納米級應變波動引起的。這些有趣的發現不僅為機電換能器和低場致動器的設計帶來了好消息，而且還提出了
關於PMN-PT系列晶體的獨特壓電性能的起源和極限的問題。
2018年12月14日，西安交通大學全球環境變化研究院程海教授等在Science在線發表題為"Atmospheric14C/12C changes during the last glacial period from Hulu Cave"的研究論文，該研究成果提供了一條高精度、分辨率和最長尺度的Δ14C變化記錄，首次建立了過去5.4萬年以來高精度的14C和230Th年齡對應關係，是該領域具有里程碑意義的新進展。在14C年齡校正到絕對日曆年齡方面，以及全球變化、考古、大氣-海洋碳循環等研究領域具有重要意義；同時也大大提高了17年前就已經蜚聲中外的葫蘆洞石筍氧同位素記錄的分辨率和230Th年代的精準度，
為全球變化研究提供精準的過去5.4萬年以來的年代學標尺。
2018年8月31日，西安交通大學葉凱研究組聯合英國約克大學Graham研究組在Science發表題為"The opium poppy genome and morphinan production"的研究論文，該論文報告了罌粟基因組草圖，其中2.72 Gb組裝成11條染色體，重疊群N50和支架N50分別為1.77 Mb和204 Mb，Paralog分析鑑定了P450和氧化還原酶基因，這些基因組合形成了對罌粟中嗎啡喃生物合成必不可少的STORR基因融合體。因此，
基因複製，重排和融合事件導致罌粟中特化代謝產物的進化。
隨著我國科研實力的不斷提升以及國際化程度不斷加深，中國科研人員在高水平期刊發表文章的數量也在逐年的提升。在這個過程中，西安交通大學更是緊盯世界科技前沿、經濟主戰場以及國家重大需求，圍繞關鍵核心技術開展科技攻關，開拓新的科研高地，為國家經濟社會發展作出巨大貢獻。
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本文部分素材來源：西安交通大學新聞網、青塔
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