近期，哈尔滨工业大学陈祖煌教授团队，通过矩阵科技脉冲激光沉积系统制备出高质量反铁电PbZrO3外延薄膜材料【实验中，PbZrO3、SrRuO3外延薄膜由矩阵科技PLD（型号：RP-B）制备，Pt电极材料由矩阵科技磁控溅射系统（型号RS-M）制备】，具有高对比度（>2.2）、高速（<150纳秒）、以及在低电压（<10 V）下长寿命（>107）的热切换。研究团队提出利用反铁电材料中电场诱导反铁电-铁电相变可调控两相原胞大小，实现对相变前后导热系数的大幅可逆调控。具体而言，未加电场时PbZrO3为正交反铁电相，晶格内有反平行的极化，结构复杂，原胞内原子数多；施加足够强的电场时，反铁电在电场诱导下转变为菱方铁电相，铁电相原胞内原子数减少；撤销电场后，晶格结构会恢复到起初的反铁电相；依据动力学理论，声子-声子散射与原胞内原子数有很强的依赖性，故反铁电-铁电相变能够可逆调控导热系数，实现热开关的功能。该热开关功能的实现仅需打开或关闭外部电场，没有移动部件，有助于将其与其他系统集成。研究人员的这些发现有望推进对（反）铁电体中声子热输运的理解，并为实现主动控制热传导提供了一种高效方法。
废热的回收和管理对于节能和减少碳排放至关重要（世界上约60%的能源以热能的形式浪费），要做到这点，需要有效利用余热，主动控制热能传递。热能的传导主要来源于晶格的声子，到目前为止，对声子输运或热导率k的主动和可逆控制（即热切换）已探索出许多不同的方法：菌株工程、分子链的光触发排列、电化学控制相变或离子插层、温度引发的相变、电场驱动等。对于实际应用，高性能热切换应满足三个关键条件：（1）高开关比，（2）大量开关周期，（3）开关时间短。尽管对热开关方法进行了广泛的研究，但在各种材料中，很难找到能满足所有这三个基本要求的材料。铁电体材料因其可调的结构而有望成为热开关的候选材料，然而，在常温条件下，常规铁电材料的转换率很低（<1.2）。
该研究成果以“Low voltage-driven high performance thermal switching in antiferroelectric PbZrO3 thin films”发表在《Science》期刊上。论文的第一作者为南京师范大学刘晨晗副教授、哈尔滨工业大学（深圳）博士研究生司洋洋和东南大学博士研究生张华。论文的通讯作者为哈尔滨工业大学（深圳）陈祖煌教授和东南大学陈云飞教授。
图一：PZO热开关示意图及机理
图二：矩阵科技PLD沉积的单晶PZO薄膜特性表征
补充材料
矩阵科技脉冲激光沉积系统 RP-B
矩阵科技磁控溅射系统 RS-M
深圳市矩阵多元科技有限公司（矩阵科技）是一家专注于半导体薄膜材料制备设备的国家级高新技术企业。公司核心团队成员来自美国Applied Materials、Western Digital，日本TEL等国际知名半导体领域公司和多所海外顶级高校或国家实验室，拥有数十年半导体工艺设备开发及材料研发经验。
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