材料世界中，科学家经常利用一种材料对另一种材料施加“压力”（压应变）或“拉力”（拉应变），称之为应变工程。但中国科学院金属研究所唐云龙团队的一项新研究，却在一个本应受压的体系中，通过“过弛豫”机制，最终让材料处于“拉伸”状态。这项成果于6月21日发表在《先进材料》上。

研究团队设计出一种超晶格：钛酸铅(PbTiO₃)和钛酸锶(SrTiO3)以原子层精度交替堆叠的纳米结构，将其生长在钕镓氧(NdGaO3)衬底上时，室温下超晶格的晶格略大，理论上会受到约-1.0%的压应变，这本应会抑制材料内部的“极化涡旋”结构形成。

然而实验结果出人意料：最终存留在薄膜中的，并非压应变，而是约+0.7%的等效拉应变。

实现反转的关键藏在制备温度里。超晶格在约720℃高温下生长，此时钛酸铅的相变膨胀程度远大于衬底，室温下-1.0%的失配，在高温下急剧增加至约-2.3%。同时，钛酸铅在约490℃发生铁电-顺电相变，晶格参数突变进一步加剧失配。

面对“巨变”，薄膜无法弹性应对，便在界面处“生长”出间距为23纳米的失配位错阵列，密集程度明显超出理论预测的39纳米，进而剧烈释放应力，这就是“过弛豫”。冷却至室温后，位错网络将超晶格锁定在了等效拉应变状态。

文章通讯作者唐云龙表示，传统观念中位错是“捣蛋鬼”，但这次它成了“指挥官”。界面位错引入的局域应变场，成功诱导并调控了极化涡旋阵列，甚至驱动其向周期性偶极子波转变。缺陷由此成为操控纳米尺度极化状态的新工具。

这项发现颠覆了认知：压应变衬底上同样能构筑极化拓扑结构，大大扩展了材料选择范围。同时揭示的“热膨胀—相变协同过弛豫”新机理，为应变工程提供了新维度，提醒人们在涉及高温和相变的薄膜制备中，热动力学因素至关重要。

更重要的是，它证明了晶体缺陷可“变废为宝”，通过精确控制位错，未来或能“订制”出特定极化网络，用于超低功耗、超高密度的新一代存储器或逻辑器件。一个由“过弛豫”和“缺陷工程”主导的奇妙新世界，正在纳米尺度上徐徐展开。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.73779