逆尺寸效应诱导新型低维铁电材料研究进展

日期： 2024-12-19

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来源：厦门大学化学化工学院

近日，我院魏现奎教授课题组与苏州大学许彬教授课题组合作，在逆尺寸诱导新型低维铁电材料研究中取得重要进展，相关成果以“Inverse Size-Scaling Ferroelectricity in Centrosymmetric Insulating Perovskite Oxide DyScO3”为题发表在《Advanced Materials》, DOI: 10.1002/adma.202413708）。

近年来，关于超晶格和块体材料中电极化的拓扑态的研究取得了显著进展，这为新型电子器件的设计提供了重要的理论和技术支撑。然而，传统的氧化物材料（如LaAlO₃、KTaO₃和RScO₃ (R= 稀土金属)）由于其中心对称的平凡特性，其功能性和潜在应用仍未被充分发掘。

研究团队通过定量原子分辨透射电子显微镜（TEM）的实验观测，首次在中心对称的DyScO₃样品中发现了厚度梯度诱导的非极性-极性相变现象。当样品临界厚度减小到约5nm时，其反演对称性会因表面电荷转移而自发破坏，从而产生不对称的Dy原子位移和氧八面体的铁旋有序。基于这一重要发现，研究团队创新性地提出了 “逆尺寸标度铁电体（inverse size-scaling ferroelectric）”的这一概念，打破了传统观念中“尺寸缩减抑制极化”的认知，揭示了一种通过尺寸缩减来激发极化的新机制。与本征铁电体（proper ferroelectric）和非本征铁电体（improper ferroelectric）的作用机理不同，逆尺寸标度铁电体的极化不仅不会随尺寸减小而消失，反而会在达到临界厚度时被激发出来。这些发现为探索新型低维铁电材料领域提供了全新契机，并为高密度存储器、逻辑器件和新型电子设备的开发开辟了新方向。

该工作在魏现奎教授指导下完成，我院2023级硕士生陈林源，苏州大学博士生马雪，我院2023级博士生梁智尧、王毅为论文共同第一作者，魏现奎教授和许彬教授为论文共同通讯作者。此外，我院林楷强教授和清华大学李千教授对本研究工作提供了大力支持。研究工作得到国家高层次人才计划，厦门大学校长基金项目（20720230006），以及嘉庚创新实验室科技项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202413708

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