我國(guó)在分子鐵電晶體領(lǐng)域取得重要階段性研究進(jìn)展

在國(guó)家自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃(資助號(hào):90922005)和重點(diǎn)項(xiàng)目(資助號(hào):20931002)的大力支持下，東南大學(xué)有序物質(zhì)科學(xué)研究中心的科研人員與美國(guó)華盛頓大學(xué)和中科院福建物構(gòu)所等的相關(guān)科研人員的通力合作，在分子鐵電晶體領(lǐng)域取得重要階段性研究進(jìn)展。其最新研究成果1月25日的Science雜志上在線發(fā)表。

在有限溫度下，鐵電材料是能產(chǎn)生隨外電場(chǎng)改變方向的自發(fā)電極化的一類特殊的電介質(zhì)材料。其極化強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線與鐵磁材料的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線極為相似，稱為電滯回線，這是鐵電材料的一大基本特征。作為一類先進(jìn)功能材料，鐵電材料在鐵電存儲(chǔ)、紅外探測(cè)、機(jī)電轉(zhuǎn)換、光電器件等諸多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)鐵電材料(如鈦酸鋇)，基于分子的鐵電體的研究能夠?yàn)殍F電材料的應(yīng)用與開發(fā)提供新的思路和素材，具有重要的科學(xué)意義。然而，目前得到的分子基鐵電體，其相變溫度(Tc)大多在室溫以下，同時(shí)飽和極化值(Ps)比較小，非常不利于實(shí)際應(yīng)用。

自1921年第一個(gè)低溫鐵電體羅息鹽發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直未有居里溫度(Tc)及其飽和極化(Ps)與鈦酸鋇接近的分子基鐵電體的出現(xiàn)。東南大學(xué)有序物質(zhì)科學(xué)研究中心的研究人員們?cè)谛苋矢淌诘穆暑I(lǐng)下利用分子設(shè)計(jì)和晶體調(diào)控的思想，在系統(tǒng)研究分子基鐵電體的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)近多年的努力發(fā)現(xiàn)二異丙胺溴鹽能在水溶液中獲得大的單晶，為測(cè)量其物理性質(zhì)提供了保障。其變溫介電異樣行為和從有心到無(wú)心的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的對(duì)稱性破缺也充分證實(shí)了其從順電相到鐵電相的轉(zhuǎn)變。而完美的電滯回線、溫度依賴的Ps以及理論上的預(yù)言和宏觀的極化反轉(zhuǎn)(疇)的觀察都進(jìn)一步肯定了二異丙胺溴鹽作作為分子鐵電晶體這一事實(shí)。其居里溫度達(dá)到426 K，自發(fā)極化達(dá)到23 μC/cm2，可與鈦酸鋇相媲美，具備了很好的應(yīng)用開發(fā)前景。同時(shí)，該晶體克服了現(xiàn)在通用的ABO3型含鉛陶瓷類鐵電體在生產(chǎn)過(guò)程中的耗能和環(huán)境污染問題，具有鐵電性能好、廉價(jià)易得、節(jié)能，居里溫度高、矯頑場(chǎng)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制備等優(yōu)點(diǎn)，是分子鐵電化合物研究的一個(gè)重要突破。該研究綜合了化學(xué)、物理、晶體學(xué)、材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科，是交叉性很強(qiáng)的新興研究領(lǐng)域。