我国科研人员设计合成新分子铁电体

来源：光明日报公众号 时间：2023-10-25 15:47

　　南昌大学艾勇教授与廖伟强教授在分子铁电材料领域取得重要研究进展，他们根据“多则异”的思想设计并合成了富勒烯加合物C60S8分子铁电体。相关研究成果发表于《美国化学会志》。

　　富勒烯是一种由碳原子组成的球状分子，拥有独特的结构和物理、化学性质，备受材料科学和纳米技术界的关注。铁电体是一类极化方向在外电场下可重取向的电偶极活性材料，和大众熟知的铁元素无关。研究富勒烯的铁电性质，对于拓展其在电子器件和存储技术等领域的应用非常重要。然而，富勒烯的铁电性质目前仍未得到充分研究和应用，主要原因是富勒烯分子的高对称性。

　　上图为“多则异”：富勒烯加合物铁电体C60S8的设计思路。C60和S8在外电场（E）下表现出普通电介质的极化（P）随E变化的线性行为（左下），而C60S8的极化P在外电场E下可重新取向（右下，两种箭头方向代表两种极化方向），并且其铁电畴可翻转（右下，方框中两种颜色区域代表不同极化方向的铁电畴）。

　　铁电相变伴随着空间对称性的破缺，偶极有序排列引起的自发极化，仅存在于10个极性晶体点群（1 (C1)，2 (C2)，m (Cs)，mm2 (C2v)，4 (C4)，4mm (C4v)，3 (C3)，3m (C3v)，6 (C6)，6mm (C6v)）中。根据菲利普·安德森的“多则异”理念， 艾勇与廖伟强利用C60和S8分子设计合成了富勒烯加合物C60S8分子铁电体。尽管两个分子各自具有较高的分子对称性，但研究表明，C60与S8的分子间相互作用导致了微小的结构扭曲和晶格重叠，从而引起晶体的极性。在230开尔文的温度下，C60S8发生了从极性到极性的铁电相变，电滞回线测试和铁电畴翻转证实了它的铁电性质。

　　这项研究工作是南昌大学熊仁根教授提出的“铁电化学”思想指导化学设计分子铁电体的又一成功例子。（胡晓军 李玉兰 王洋）

责任编辑：沈馨蕊

　　校对：许艳