An intuitive method to probe phase structure by upconversion photoluminescence of Er3+ doped in ferroelectric Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3
上转换发光技术是一种利用低能量的激发光源（通常是近红外光源），通过多光子吸收过程产生较高能量的可见光发射的技术。本研究探讨了在铁电体 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（简称PMN-PT）中掺杂Er3+离子，并利用其上转换发光特性来直观地探测材料的相结构。这一研究的重要意义在于，通过上转换发光可以为理解和分析铁电材料的微观相结构提供新的视角和工具。
铁电材料是一类在没有外部电场作用时就能自发产生电极化，且电极化方向可随外电场变化而改变的材料。PMN-PT是一种具有优良铁电性质的材料，它通过不同的化学组分来调整其宏观电学和光学性能。在本研究中，通过改变PMN-PT中的PbTiO3（PT）的含量，制备了一系列 (0.97-x)PMN-xPT-0.03Pb(Er1/2Nb1/2)O3（简称PMN-xPT:Er）陶瓷样品，以研究PT含量对材料相结构的影响。
研究者发现，Er3+掺杂的PMN-PT材料的上转换发光特性与其铁电相结构密切相关。在特定条件下，通过测量Er3+的上转换发光光谱，可以观察到与铁电相结构转变相关的特征。这为直接通过光学手段探测铁电体的相结构提供了可能，以往这种探测往往需要复杂的结构分析和电子显微镜等设备。
上转换发光技术在研究固体材料结构时具有独特的优势，因为它提供了一个无损、远程和高度灵敏的探测手段。在本研究中，上转换发光的光谱特性被用来研究PMN-xPT:Er陶瓷在相变过程中晶格的变化。具体地，研究者关注了材料在铁电相与顺电相之间的相变，这种相变通常伴随着电偶极矩的显著变化。
为了更好地理解材料的相结构，研究人员还对材料的介电性能、铁电性能和压电性能进行了测量。介电性能与材料的极化能力直接相关，而铁电性能和压电性能则分别反映了材料对外电场和机械应力的响应。通过综合分析这些性能和上转换发光特性，研究者能够更全面地了解材料在不同相结构下的物理行为。
文章中提及的其它相关研究也表明，通过改变PMN-PT的组分比例或引入掺杂元素，可以调整材料的性能。比如，通过ZnO改性来增强PMN-PT材料的介电、铁电和电致伸缩性能，以及研究不同组分比例下PMN-PT-BaTiO3-PbTiO3的温度独立的压电响应等。这些研究进一步强调了通过材料设计来调控铁电体性能的重要性。
通过Er3+离子的上转换发光特性来直观探测铁电PMN-PT材料的相结构是一种创新的方法。这项研究不仅为铁电材料的研究提供了一种新的探测手段，也为相关材料的设计和应用开辟了新的可能性。随着对铁电材料相结构及其与性能关系的更深入理解，未来可能会有更多的创新应用，如在非易失性存储器、传感器和能量转换设备中。
