美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发出一种名为“原子喷涂（atomic spray painting）”的技术，利用分子束外延（MBE）对铌酸钾进行应变调谐，从而增强其铁电性能。铌酸钾是一种在先进电子设备中至关重要的材料。这项技术有望在绿色科技、量子计算和太空探索领域带来突破。相关研究成果已发表在《先进材料》（Advanced Materials）杂志上。
将先进电子设备中常用的铌酸钾材料 "原子喷涂 "到基底上，可以调整薄膜的性能。 资料来源：Jennifer M. McCann
该技术通过“应变调谐”，即拉伸或压缩材料的原子单元胞（构成晶体结构的基本重复单元）来改变其特性。研究团队借助分子束外延技术，将原子层精确沉积在衬底上，成功制备出高精度的应变调谐铌酸钾薄膜。
研究人员指出，这种新型MBE技术与作为模板的晶体衬底相结合，成功实现了对材料应变的精准调节。
铌酸钾是一种铁电材料，具有自然的电极化特性，可通过外部电场反转其极化方向，类似于磁铁在外部磁场中翻转磁极化。铌酸钾的应变调控尤为重要，因为它不含铅。与含铅的铁电材料（如钛酸铅和锆钛酸铅）相比，铌酸钾更环保且安全，不会带来人体毒性和环境污染。然而，未经应变调控的铌酸钾，其铁电性能通常不及含铅材料。此次研究成果展示了铌酸钾作为一种高性能、环保铁电材料的巨大潜力。
接下来，研究人员需克服“实际应用的关键障碍”——在硅基材料上生长这些薄膜，因为硅在电子工业中被广泛应用。此外，研究团队还将通过优化薄膜生长工艺，进一步提升材料的电性能。这将为铌酸钾在实际设备中的应用铺平道路，例如高温存储器、量子计算器件和更环保的高科技设备，特别是在太空探索等领域。