中國科大在范德華超晶格晶體中實現室溫鐵電金屬共存
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象和發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，雖然已經發現一些極性金屬體系，但普遍存在極化切換難、鐵電穩定性差、居里溫度低等不足。如何在室溫下將優異金屬性與穩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，團隊通過精準合成高質量 范德華超晶格 (SnSe)1.16(NbSe2) 單晶 。 經多手段綜合研究表明，該材料金屬導電性優異，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，高低電阻態被小電壓脈沖所切換。
基于該材料體系，團隊進一步研發出室溫金屬性鐵電憶阻器。該器件通過極化動力學調控金屬通道電導，具備超低電阻、低工作電壓、低功耗等優勢，高低電阻態在多次循環切換中穩定可靠，為下一代低能耗非易失性電子器件與神經形態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.（實驗數據與分析科學嚴謹，其核心發現數據扎實、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新研究院、物理學院、科研部）
本文鏈接：http://knowith.com/news-3-4617.html中國科大在范德華超晶格晶體中實現室溫鐵電金屬共存
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