本研究聚焦弛豫型 PbTiO₃压电单晶（如 PIN-PMN-PT） 的去极化与再极化机制，发现低频（<10Hz）、振幅接近矫顽场（Eₙ）的交流电场（AC） 可在室温下实现极化晶体的去极化，且该过程可逆 —— 通过 AC 电场再极化可恢复其压电性能，无需传统的高温热处理。相场模拟证实，AC 电场能稳定诱导去极化，而直流电场（DC）仅产生短暂去极化状态。这一发现为器件中 ferroelectric 材料的极化状态调控提供了新策略，可实现器件内极化状态的按需定制而不损伤性能。
图1 | 交流极化PIN-PMN-PT单晶的交流电场去极化。a. 先经交流电场极化再经交流电场去极化的PIN-PMN-PT单晶的实验流程示意图。b. 介电常数、c. 压电系数以及d. 施加交流电场去极化后PIN-PMN-PT单晶的阻抗谱。误差棒表示n=3次独立样品测量的标准偏差。通过改变交流电场的峰值振幅、周期和频率，研究极化状态对外加电场的响应变化。与直流电场去极化（图S2）相比，通过简单调节交流电场的振幅和频率，交流电场可轻松诱导出近乎完全的去极化状态。
文章的创新点主要体现在以下几个方面：
1. 提出室温下无热处理的去极化与再极化新方法：发现低频（<10 Hz）、振幅接近矫顽场（Eₙ）的交流电场（AC）可在室温下实现弛豫型PbTiO₃单晶（如PIN-PMN-PT）的去极化，且通过AC电场可逆转该过程实现再极化，完全无需传统的高温（高于居里温度）热处理。这突破了传统方法对已组装器件的适用性限制，解决了器件中极化状态调控的关键难题。
2. 揭示AC与DC电场在极化调控中的差异机制：实验与相场模拟证实，AC电场能稳定诱导可控的去极化状态，而直流电场（DC）仅产生短暂（<1 s）的去极化，难以实际应用。这一发现明确了电场类型对极化状态调控的关键影响，为选择高效调控手段提供了依据。
3. 实现器件内极化状态的可逆调控：在已组装的超声换能器中验证了该方法的可行性——通过AC电场可对器件内的压电材料进行去极化与再极化，且不损伤器件性能（如阻抗谱、脉冲响应均能恢复）。这为器件的性能恢复与定制化极化状态设计提供了全新途径。
4. 建立极化状态调控的理论与实验关联**：结合相场模拟与压电响应力显微镜🔬（PFM）等表征，揭示了AC电场去极化后晶体呈现类直流极化（DCP）的不规则域结构，从微观机制上解释了去极化与再极化的可逆性。这为理解 ferroelectric 材料的极化动力学提供了新视角。
该研究成果对实际器件应用有何具体指导意义？
可为超声换能器、致动器等器件提供性能恢复方案 —— 当器件因去极化失效时，可通过 AC 电场再极化恢复性能；同时为设计新型可调控 ferroelectric 器件（如可切换模式的传感器）提供理论基础，拓展器件功能多样性。
先进检测和表征
压电响应力显微镜🔬（PFM）：观察单晶在不同极化状态下的铁电畴结构，发现交流极化（ACP）形成周期性畴结构，而交流电场去极化后形成类似直流极化（DCP）的不规则畴结构，直观展示了去极化过程中的微观结构变化，印证了模拟结果
相场模拟（Phase-field simulations）：通过构建模型模拟直流和交流电场下铁电畴的形成与演化，揭示了交流电场能可控地诱导去极化，而直流电场仅产生短暂去极化状态的机制，从理论层面验证了实验现象的合理性
相场模拟
原位电场诱导性能测试：实时监测交流电场去极化过程中压电应变系数和介电常数的变化，发现首次循环后性能即显著下降并在后续循环中保持稳定，明确了去极化的动力学过程和效率
原位电场诱导性能测试
