有機無機雜化金屬鹵化物鈣鈦礦，真的是一類神奇的材料。它一方面光電性能優(yōu)異，在太陽能電池、光探測器、和發(fā)光二極管等諸多領域都大顯身手，潛力非凡，甚至被預測會得諾貝爾獎。而另一方面呢，它也仿佛蒙著一層神秘的面紗，總是讓人不識廬山真面目，更不知道其背后會藏有什么更多的把戲。這不，在大家還喋喋不休爭論其晶體結構到底是鐵電（極性）還是鐵彈（非極性）的時候，黃勁松組最新一篇Nature Materials論文卻告訴我們，它原來是大電致伸縮的。

電致伸縮其實并不奇怪，介電材料都有的現(xiàn)象，應變隨電場呈平方關系。奇怪的是電致伸縮效應通常都很小，可以忽略不計，而黃勁松組發(fā)現(xiàn)，甲胺碘鉛單晶有巨大的電致伸縮效應，在并不高的電壓下，就可以有高達1%的應變，如下圖所示：

由上圖(a)可見，研究人員雖然采用原子力顯微鏡（AFM）測量電致位移，但是與通常的壓電原子力顯微術（PFM）不同，他們的樣品表面沉積了電極，構成電容器結構。這一設計應該比較關鍵，因為采用PFM研究甲胺碘鉛的文章非常多，并沒有人觀測到大的電致伸縮效應。從圖（b）的數(shù)據(jù)來看，樣品電致伸縮應變高達1%，電致振動與激勵電場呈二倍頻關系且應變?yōu)樨摚@示應變大小與電場呈平方關系，并被圖（c）所證實。圖（d）進一步表明應變大小和方向均與電場方向無關。在此前的PFM研究中，華盛頓大學黃博遠等人雖然也報道了二倍頻響應，并以其判斷甲胺碘鉛的極性，進而確定單晶甲胺碘鉛極性非極性疇交替共存的現(xiàn)象。但一個顯著差別是，黃博遠等所測的是高頻響應，而這篇文章所報道的是低頻響應。這是另外一個比較關鍵的點。此外，作者們還通過面內(nèi)電場（圖e）測量了垂直于電場方向的位移，顯示其為正應變（圖f）。我們也可以通過這個位移估算其應變大小，發(fā)現(xiàn)其與平行方向應變的二分之一數(shù)量級大致相當，符合電致伸縮應變體積不變的預期。

為什么這么一個大的電致伸縮應變很重要呢，看一看下面這張對比表就清楚了。和當前已知的一些大電致伸縮材料比，甲胺碘鉛應變不是最大的，但其所需的電場非常小，而且因為楊氏模量比較大，使得其能量密度非常高。考慮到電場強度不同的話，其比能量密度是最高的。這使得甲胺碘鉛在光電之外，有了新的應用可能。

一個新的物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，當然需要多方面實驗數(shù)據(jù)驗證。除微觀的AFM測試外，作者們也進行了電致伸縮的宏觀測量(圖ab)以及XRD測試（圖cd），進一步證實了甲胺碘鉛大電致伸縮現(xiàn)象。有意思的是，除了大的二階電致伸縮應變外，作者們也觀測到一階壓電應變（圖b），并估算其壓電系數(shù)為3.1pm/V。宏觀一階壓電響應的存在，證明這個樣品確定無疑是中心對稱性破缺的極性材料。至于是不是鐵電，則取決于操作層面是否能讓其極性反轉(zhuǎn)，并非根本問題。此外，我們也根據(jù)XRD峰位漂移估算了其電致伸縮應變大小，和此前的微觀測試也數(shù)量級相當。

物理現(xiàn)象確認后，剩下的問題當然是可能的微觀機理。研究人員首先排除了麥克斯韋力和本征電致伸縮等因素。他們發(fā)現(xiàn)電致伸縮響應的時間尺度在毫秒量級，如下圖所示。而如果電場激勵頻率提高到千赫茲水平，則無法實現(xiàn)大的電致伸縮應變，顯示這一現(xiàn)象可能與離子運動有關。結合第一性原理計算，他們推測，甲胺碘鉛大的電致伸縮應變，來自電場誘導的間隙原子-空位缺陷對。

這個工作非常漂亮，也很有啟迪。當大家還在糾結到底是鐵電還是鐵彈的時候，作者們另辟蹊徑，發(fā)現(xiàn)甲胺碘鉛原來具有大的電致伸縮效應。與此前方法不同的是，他們采取了電容器結構，并在低頻下測試。研究就是如此，變換一點花樣，常會有意外驚喜。