壓電晶體是用以檢測振動的多種傳感器的關鍵組分，可以在水下聲納和醫學超聲成像系統中找到它們。根據西安交通大學的一個研究團隊的說法，通過添加微量的稀土元素，這些晶體的性能可以顯著提高。

壓電材料可以將機械振動轉化為電信號，反之亦然。目前，最先進的壓電器件通常使用一種稱為PMN-PT的鈣鈦礦氧化物晶體，在效率方面它優于其他常見壓電材料三倍左右。然而，研究人員表示，盡管進行了大量的研究，但在過去20年里，在改善這些晶體性能方面的進展一直很緩慢。

現在，科學家們已經發現，在PMN-PT中加入相對少量的釤——約每一千個母體晶體原子中加入一個釤原子——可以大大提高其性能。他們說，普通的PMN-PT晶體每牛頓力能產生約1200到2500皮庫倫的電荷，但這種新的摻雜晶體每牛頓能產生3400到4100皮庫倫的電荷。

研究人員發現，釤原子使PMN-NT的有序晶體結構在原子和納米尺度上變得更加不均勻。這進而破壞了其偶極矩——材料中電荷極化的點——的有序排列。這項研究的主要作者李飛教授說，這種破壞使晶體“對施加的電場更加敏感，反應更靈敏，從而導致高壓電性”。

科學家們還發現，釤摻雜可以抵消晶體生長過程中電學性質的變化，從而使整個晶體的壓電性能更加均勻。他們指出，摻雜還導致可以產生出更大的晶體，這可能有助于降低生產成本和減少浪費。

研究人員表示，他們的工作有望帶來分辨率、靈敏度和效率更高的醫學成像設備以及可用于各種工業應用的更強大的壓電執行器。他們的研究成果發表在了在4月19日的Science上，文章標題為“Giant piezoelectricity of Sm-doped Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3singlecrystals”。這一研究是西安交大研究團隊與美國賓夕法尼亞州立大學、澳大利亞伍倫貢大學、美國北卡州立大學等單位合作開展的。