我國科研人員設計合成新分子鐵電體
來源：光明日報公眾號 時間：2023-10-25 15:47
南昌大學艾勇教授與廖偉強教授在分子鐵電材料領域取得重要研究進展，他們根據“多則異”的思想設計并合成了富勒烯加合物C60S8分子鐵電體。相關研究成果發表于《美國化學會志》。
富勒烯是一種由碳原子組成的球狀分子，擁有獨特的結構和物理、化學性質，備受材料科學和納米技術界的關注。鐵電體是一類極化方向在外電場下可重取向的電偶極活性材料，和大眾熟知的鐵元素無關。研究富勒烯的鐵電性質，對于拓展其在電子器件和存儲技術等領域的應用非常重要。然而，富勒烯的鐵電性質目前仍未得到充分研究和應用，主要原因是富勒烯分子的高對稱性。
上圖為“多則異”：富勒烯加合物鐵電體C60S8的設計思路。C60和S8在外電場（E）下表現出普通電介質的極化（P）隨E變化的線性行為（左下），而C60S8的極化P在外電場E下可重新取向（右下，兩種箭頭方向代表兩種極化方向），并且其鐵電疇可翻轉（右下，方框中兩種顏色區域代表不同極化方向的鐵電疇）。
鐵電相變伴隨著空間對稱性的破缺，偶極有序排列引起的自發極化，僅存在于10個極性晶體點群（1 (C1)，2 (C2)，m (Cs)，mm2 (C2v)，4 (C4)，4mm (C4v)，3 (C3)，3m (C3v)，6 (C6)，6mm (C6v)）中。根據菲利普·安德森的“多則異”理念， 艾勇與廖偉強利用C60和S8分子設計合成了富勒烯加合物C60S8分子鐵電體。盡管兩個分子各自具有較高的分子對稱性，但研究表明，C60與S8的分子間相互作用導致了微小的結構扭曲和晶格重疊，從而引起晶體的極性。在230開爾文的溫度下，C60S8發生了從極性到極性的鐵電相變，電滯回線測試和鐵電疇翻轉證實了它的鐵電性質。
這項研究工作是南昌大學熊仁根教授提出的“鐵電化學”思想指導化學設計分子鐵電體的又一成功例子。（胡曉軍 李玉蘭 王洋）
責任編輯：沈馨蕊
校對：許艷
