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Tianyu Li
Author with expertise in Lead-free Piezoelectric Materials
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A highly polarizable concentrated dipole glass for ultrahigh energy storage

Jian Fu et al.Aug 26, 2024
Relaxor ferroelectrics are highly desired for pulse-power dielectric capacitors, however it has become a bottleneck that substantial enhancements of energy density generally sacrifice energy efficiency under superhigh fields. Here, we demonstrate a novel concept of highly polarizable concentrated dipole glass in delicately-designed high-entropy (Bi1/3Ba1/3Na1/3)(Fe2/9Ti5/9Nb2/9)O3 ceramic achieved via substitution of multiple heterovalent ferroelectric-active principal cation species on equivalent lattice sites. The atomic-scaled polar heterogeneity of dipoles with different polar vectors between adjacent unit cells enables diffuse reorientation process but disables appreciable growth with electric fields. These unique features cause superior recoverable energy density of ~15.9 J cm−3 and efficiency of ~93.3% in bulk ceramics. We also extend the highly polarizable concentrated dipole glass to the prototype multilayer ceramic capacitor, which exhibits record-breaking recoverable energy density of ~26.3 J cm−3 and efficiency of ~92.4% with excellent temperature and cycle stability. This research presents a distinctive approach for designing high-performance energy-storage dielectric capacitors. The authors introduce the concept of highly polarizable concentrated dipole glass, involving the reduction of polar order scale from the nanoscaled polar nanodomains in traditional relaxor ferroelectrics to atomic-scale individual dipoles.
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Room-Temperature Perovskite Ferromagnetic Insulator via Three-Dimensional Tensile Strain

Tianyu Li et al.Jan 2, 2025
Ferromagnetic insulators are receiving ever-increasing research activities driven not only by the unique advantage of low power loss during spin-wave-based information processing but also by the potential to construct next-generation spintronic devices. However, either the exceedingly rare candidates or the low Curie temperature far below room temperature greatly hinder their practical application. Here, through the modulation of a novel three-dimensional (3D) tensile strain, a room-temperature ferromagnetic insulating state with a Curie temperature as high as 594 K is achieved in self-assembled LaCoO3:MgO nanocomposite thin films. Atomically resolved electron microscopy quantifications identify the 3D strain state of the thin film, where the +2.6% out-of-plane and +2.1% in-plane tensile strains are attributed to the interphase mismatch between the LaCoO3 and MgO building blocks and epitaxial constraint, respectively. Combined with the assessment of electronic states and theoretical analysis, we correlate the strain state with the resulting ferromagnetic insulating property and clarify the underlying mechanisms, by which the emergent strain states break the degeneracy of crystal-field splitting and tailor the on-site Coulomb interactions and spin configuration. These findings underscore the efficacy of a three-dimensional strain strategy in engineering the long-desired high-temperature ferromagnetic insulators via the manipulation of strong spin-lattice coupling, providing a promising approach for the exploitation of exotic functionalities in correlated oxides. locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon Physics Subject Headings (PhySH)Crystal structureElectronic structureSpintronicsMagnetic insulatorsStrain engineering