圖一?（a）ScB3C3的晶體結構；（b）B-C構成的高對稱截角八面體籠型結構；（c）能量-畸變的雙勢井曲線；（d）ScB3C3的極化強度。

圖二?（a）勢能-畸變幅度曲線；（b）不同畸變模的二維勢能面；（c）c55與d15隨應變η2的變化；（d）η2與η5的二維勢能面；（e）不同材料的d15對比；（f）Y取代后正交相與三方相的能量差。

為探索新型壓電材料，朱建國教授團隊利用第一性原理計算方法計算了穩定輕質碳硼籠形化合物ScB3C3的壓電性，證實了正交Ama2為ScB3C3的基態相結構，Sc靠近B-C六邊形共邊。由于B-C框架產生的較高縱向彈性剛度常數，其壓電常數d33較低，但ScB3C3的剪切彈性常數較低，剪切壓電常數d15可達244 pC/N。通過二維勢能面識別出在Ama2與R3c結構之間存在一條平坦的勢能山谷，其高剪切壓電常數與從Ama2向R3c結構的極化旋轉密切相關。通過對晶格參數b進行拉伸，發現其勢能面可以進一步平坦，在晶格應變為1.25%時得到極低的剪切剛度常數，并產生9424 pC/N的超高剪切壓電系數d15。此外，除晶格應變外，還可以通過化學取代這一實驗上更加可行的方式去實現ScB3C3中的MPB，研究表明Y取代Sc的含量為25%時可以實現基態相結構從Ama2到R3c的轉變。分子動力學模擬表明ScB3C3這一鐵電體中存在類似BaTiO3的溫致鐵電相變，其Ama2結構在約160 K時轉變為R3c結構。該研究以ScB3C3為例展示了在B-C籠狀結構中實現高壓電性的巨大潛力，著重強調了大極化強度與高度對稱的多面體結構對產生高剪切壓電常數的重要性，指明了開發新一代非鈣鈦礦結構高性能壓電材料的可能途徑。