中國科大在范德華超晶格晶體中實現(xiàn)室溫鐵電金屬共存
近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、國際功能材料量子設計中心（ICQD）張匯副研究員團隊在量子功能材料“鐵電金屬”實驗領域取得重要進展。團隊在(SnSe)1.16(NbSe2)晶體中實現(xiàn)了鐵電性、金屬性與超導性的共存，并研制出首例室溫工作的金屬性鐵電憶阻器。相關研究成果以“Coexistence of Ferroelectricity and Metallicity in Weakly Coupled(SnSe)1.16(NbSe2)Crystal”為題于12月3日在線發(fā)表于國際知名物理期刊《Physical Review Letters》上（Phys. Rev. Lett. 135, 236802(2025)）。
鐵電體與金屬被認為互不相容，因為金屬中的高密度自由電子會屏蔽鐵電極化。然而，近年來理論預言和實驗探索表明，在特定材料中，二者可能共存，并衍生出一系列新奇量子現(xiàn)象和發(fā)展低能耗電子器件的潛力。自1965年“鐵電金屬”概念被安德森預言以來，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些極性金屬體系，但普遍存在極化切換難、鐵電穩(wěn)定性差、居里溫度低等不足。如何在室溫下將優(yōu)異金屬性與穩(wěn)健可切換鐵電性整合，是長期困擾該領域的核心難題。
針對這一挑戰(zhàn)，團隊通過精準合成高質(zhì)量 范德華超晶格 (SnSe)1.16(NbSe2) 單晶 。 經(jīng)多手段綜合研究表明，該材料金屬導電性優(yōu)異，載流子密度超 1021cm-3，超導臨界溫度達 3.25 K ，鐵電居里溫度達 383 K ，高于室溫，且超過多數(shù)極性金屬。進一步研究揭示其共存機制，該晶體具有電子和聲子的層間弱耦合特性，有效避免了高密度載流子對鐵電極化的屏蔽，研究為這類材料的設計提供了新思路。
圖：（a）范德華超晶格(SnSe)1.16(NbSe2)示意圖，展示了鐵電層和金屬層的交替堆疊結構；（b）該晶體面內(nèi)方向和面外方向的變溫電輸運，展示了良好的金屬性和超導電性；（c）溫度依賴的非線性光學二次諧波效應和鐵電居里溫度；（d）鐵電憶阻效應，高低電阻態(tài)被小電壓脈沖所切換。
基于該材料體系，團隊進一步研發(fā)出室溫金屬性鐵電憶阻器。該器件通過極化動力學調(diào)控金屬通道電導，具備超低電阻、低工作電壓、低功耗等優(yōu)勢，高低電阻態(tài)在多次循環(huán)切換中穩(wěn)定可靠，為下一代低能耗非易失性電子器件與神經(jīng)形態(tài)計算硬件開辟了新路徑。
審稿人評價該工作道“The experimental data and analysis are scientifically sound. Their main finding supported by solid data…is intriguing. This work will certainly contribute a fascinating new platform to the field.（實驗數(shù)據(jù)與分析科學嚴謹，其核心發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)扎實、引人入勝。該工作無疑將為該領域搭建極具意義的新穎平臺。）”、“the results… are interesting and technically sound.（結果頗具新意，且技術層面嚴謹可靠）”。
我校合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心國際功能材料量子設計中心的賈誠博士（現(xiàn)任職于河南省科學院量子材料與物理所IQMP）和博士生黃文宇為論文共同第一作者，張匯副研究員為通訊作者。該工作得到了科技部科技創(chuàng)新2030、國家自然科學基金委、中國科學院以及安徽省的項目資助。
原文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/24j9-8g8v
（合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、國際功能材料量子設計中心、中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、物理學院、科研部）
本文鏈接：http://knowith.com/news-1-13589.html中國科大在范德華超晶格晶體中實現(xiàn)室溫鐵電金屬共存
聲明：本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。
