美國賓州州立大學的研究人員開發出一種名為「原子噴塗（atomic spray painting）」的技術，利用分子束外延（MBE）對鈮酸鉀進行應變調諧，從而增強其鐵電性能。鈮酸鉀是一種在先進電子設備中至關重要的材料。這項技術有望在綠色科技、量子運算和太空探索領域帶來突破。相關研究成果已發表在《先進材料》（Advanced Materials）雜誌上。

將先進電子設備中常用的鈮酸鉀材料”原子噴塗”到基底上，可以調整薄膜的性能。 來源：Jennifer M. McCann

該技術透過“應變調諧”，即拉伸或壓縮材料的原子單元胞（構成晶體結構的基本重複單元）來改變其特性。研究團隊借助分子束外延技術，將原子層精確沉積在基板上，成功製備出高精度的應變調諧鈮酸鉀薄膜。

研究人員指出，這種新型MBE技術與作為模板的晶體基板相結合，成功實現了對材料應變的精準調節。

鈮酸鉀是一種鐵電材料，具有自然的電極化特性，可透過外部電場反轉其極化方向，類似於磁鐵在外部磁場中翻轉磁極化。鈮酸鉀的應變調控尤其重要，因為它不含鉛。與含鉛的鐵電材料（如鈦酸鉛和鋯鈦酸鉛）相比，鈮酸鉀更環保且安全，不會帶來人體毒性和環境污染。然而，未經應變調控的鈮酸鉀，其鐵電性通常不如含鉛材料。此次研究成果展示了鈮酸鉀作為一種高性能、環保鐵電材料的巨大潛力。

接下來，研究人員需克服「實際應用的關鍵障礙」—在矽基材料上生長這些薄膜，因為矽在電子工業中被廣泛應用。此外，研究團隊也將透過優化薄膜生長工藝，進一步提升材料的電氣特性。這將為鈮酸鉀在實際設備中的應用鋪平道路，例如高溫記憶體、量子計算元件和更環保的高科技設備，特別是在太空探索等領域。