介电可调材料是一类能够在外加直流电场作用下实现介电常数连续调控的功能材料，在可调电容器、微波移相器、可调滤波器和可调超表面等器件中具有重要应用前景。以钛酸锶钡（BST）为代表的铁电体介电可调材料具有响应速度快、结构相对简单、能够连续调控等优势，是新一代高频通信和可重构电磁器件的重要候选材料。然而，铁电体对直流偏置电场的极化响应机制仍未被充分认识，领域内部分性能优化工作与实际器件应用需求之间也存在一定的脱节，目前铁电体介电可调材料的实际应用仍面临挑战。

图1  介电可调材料的广泛应用及铁电体介电可调材料的性能对比优势

西安交通大学电信学部电子科学与工程学院周迪教授团队长期围绕介电可调铁电体材料开展研究，发展了非钙钛矿弛豫铁电Bi6Ti5WO22（BTW）体系，解析了其晶体结构与极化响应特征，并通过离子取代和组分调控等策略实现了介电可调性能的进一步优化，取得了一系列研究成果（Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2210709；Nature Communications, 2024, 15, 3754；Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.76365）。

近日，基于前期研究积淀，团队联合新加坡国立大学、复旦大学等单位在材料领域国际知名期刊《今日材料》（Materials Today , IF=24.1）发表题为《铁电体介电可调材料：响应机制与应用》（“Ferroelectric tunable dielectric materials: Response mechanisms and applications”）的综述（Review）论文，系统回顾了铁电体介电可调材料在偏置电场下的极化响应规律、理论模型和性能优化策略，并从响应机制与应用需求两个层面对该领域未来发展进行了展望。

论文从典型实验规律出发，梳理了目前用于解释偏置电场下介电响应行为的宏观理论模型，并进一步提出一种区分微观极化过程的理解框架，阐明了不同极化机制在直流偏置电场、温度、频率和尺度变化下的响应差异。在此基础上，论文系统评述了离子掺杂、线性介质复合、薄膜结构调控、有机-无机复合以及新兴材料体系等性能优化策略，并分析了其可行性与局限性。针对现有评价指标难以全面反映应用需求的问题，论文提出新的可调性质量因子QT，综合考虑低场介电可调性、最大介电损耗和最大介电常数，为不同铁电体介电可调材料体系的横向比较提供了更加应用导向的评价视角。

图2  综述文章关于铁电体介电可调材料响应机制与应用评价的总体思路

西安交通大学电信学部电子科学与工程学院博士毕业生李睿韬为论文第一作者，西安交通大学周迪教授和新加坡国立大学John Wang教授为论文通讯作者。西安交通大学电子科学与工程学院为论文第一单位。该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、陕西省国际合作项目等项目的资助。