我國科研人員設(shè)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(xué)艾勇教授與廖偉強教授在分子鐵電材料領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，他們根據(jù)“多則異”的思想設(shè)計并合成了富勒烯加合物C60S8分子鐵電體。相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國化學(xué)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(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)性質(zhì)，備受材料科學(xué)和納米技術(shù)界的關(guān)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?zé)o關(guān)。研究富勒烯的鐵電性質(zhì)，對于拓展其在電子器件和存儲技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常重要。然而，富勒烯的鐵電性質(zhì)目前仍未得到充分研究和應(yīng)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(shè)計思路。C60和S8在外電場（E）下表現(xiàn)出普通電介質(zhì)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(zhuǎn)（右下，方框中兩種顏色區(qū)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(fā)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(jù)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(shè)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(dǎo)致了微小的結(jié)構(gòu)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(fā)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(zhuǎn)證實了它的鐵電性質(zhì)。
這項研究工作是南昌大學(xué)熊仁根教授提出的“鐵電化學(xué)”思想指導(dǎo)化學(xué)設(shè)計分子鐵電體的又一成功例子。（胡曉軍 李玉蘭 王洋）
責(zé)任編輯：沈馨蕊
校對：許艷
