（通讯员 马子月）随着人工智能算力、5G/6G通信及高集成芯片的快速发展，器件功耗密度与局部过热问题日益严峻。传统的风冷与液冷技术受限于体积、噪声与集成度，逐渐面临瓶颈。在此背景下，基于电卡效应（ECE）的固态热管理技术，因其微型化、响应快速等优势，被视为芯片级散热的重要候选方案。然而，该技术走向工程应用长期面临一项关键挑战：如何在单一低功耗薄膜材料中，同时实现可控、大幅值的正电卡效应（PEC）与负电卡效应（NEC），进而支持灵活高效的可编程制冷。
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彭彪林教授团队在弛豫铁电薄膜中提出了“对称性匹配缺陷偶极态调控”新思路。通过调控缺陷偶极在不同热激活条件下的对称性匹配行为，使薄膜在不同温区呈现截然相反的电卡响应，从而在同一材料体系内实现了PEC与NEC的协同与可编程调控。该研究在(111)取向的PNNZT弛豫铁电薄膜中取得了显著的电卡温变结果： ，并展示了温区可调的双向电卡能力，为发展硅基兼容的高效固态制冷技术提供了新途径。该研究将“缺陷偶极的对称性匹配状态”作为一个可设计与调控的关键自由度，在弛豫铁电薄膜中实现了巨幅双向电卡效应与温区可编程性能，为面向芯片级热管理的高效固态制冷材料与器件设计提供了新的通用策略。
相关研究成果以“Giant Bidirectional Electrocaloric Effects in Single Relaxor Ferroelectric Film by Manipulating Symmetry-Conforming Defect Dipole States”为题，发表于材料领域顶级期刊《Advanced Energy Materials》 (2025年影响因子26.8)。WG电子(中国)唯一官方网站
2023级博士研究生马子月、贺州WG电子
助理研究员韩飞飞、华中科技大学副研究员董文为共同第一作者；西安电子科技大学彭彪林教授、安徽工业大学刘明凯教授，西安交通大学张乐研究员以及深圳大学邹继兆副教授为共同通讯作者，西安电子科技大学为第一完成单位。
论文链接：//advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202506036
图1 展示了本研究的核心策略：以相结构设计与缺陷工程为基础，通过操控缺陷偶极与铁电本征极化之间的对称性匹配关系，并借助“时效处理与恢复”过程对缺陷偶极状态进行动态调控，从而构筑了一个兼具正/负电卡效应（PEC/NEC）且温区可调的双向电卡体系。该框架阐明了在同一材料中实现可编程、巨幅双向电卡响应的物理机制与实现路径。
图2 系统揭示了“老化处理”对缺陷偶极状态与电卡温区的调控规律：样品经历不同的时效过程后，其缺陷偶极的对称性匹配状态随之改变，从而实现了负/正电卡效应温区（NEC/PEC）的显著迁移与拓宽。该结果为基于电卡效应的“可编程热管理”提供了关键实验依据。
图3 从机制层面提供了完整的证据链：通过表征缺陷态的演化过程并建立相应的理论模型，阐明了在室温与高温等不同热激活条件下，缺陷偶极的对称性匹配行为如何调控相变耦合路径，从而分别诱导产生正电卡效应（PEC）与负电卡效应（NEC）。
图4 从ΔT与电卡强度等核心指标出发，系统对比了本工作的性能优势。研究表明，在单层无机薄膜中实现PEC与NEC的共存，其综合性能超越了多数单向电卡体系。这有力地证实了通过缺陷态调控“将正负电卡效应集成于同一薄膜”的策略，具有重要的范式推动价值。
