我國在分子鐵電晶體領域取得重要階段性研究進展

在國家自然科學基金委重大研究計劃(資助號:90922005)和重點項目(資助號:20931002)的大力支持下，東南大學有序物質科學研究中心的科研人員與美國華盛頓大學和中科院福建物構所等的相關科研人員的通力合作，在分子鐵電晶體領域取得重要階段性研究進展。其最新研究成果1月25日的Science雜志上在線發表。

在有限溫度下，鐵電材料是能產生隨外電場改變方向的自發電極化的一類特殊的電介質材料。其極化強度與電場強度的關系曲線與鐵磁材料的磁化強度與磁場強度的關系曲線極為相似，稱為電滯回線，這是鐵電材料的一大基本特征。作為一類先進功能材料，鐵電材料在鐵電存儲、紅外探測、機電轉換、光電器件等諸多領域有著重要的應用。相對于傳統的無機鐵電材料(如鈦酸鋇)，基于分子的鐵電體的研究能夠為鐵電材料的應用與開發提供新的思路和素材，具有重要的科學意義。然而，目前得到的分子基鐵電體，其相變溫度(Tc)大多在室溫以下，同時飽和極化值(Ps)比較小，非常不利于實際應用。

自1921年第一個低溫鐵電體羅息鹽發現以來，一直未有居里溫度(Tc)及其飽和極化(Ps)與鈦酸鋇接近的分子基鐵電體的出現。東南大學有序物質科學研究中心的研究人員們在熊仁根教授的率領下利用分子設計和晶體調控的思想，在系統研究分子基鐵電體的基礎上，經過近多年的努力發現二異丙胺溴鹽能在水溶液中獲得大的單晶，為測量其物理性質提供了保障。其變溫介電異樣行為和從有心到無心的結構轉變導致的對稱性破缺也充分證實了其從順電相到鐵電相的轉變。而完美的電滯回線、溫度依賴的Ps以及理論上的預言和宏觀的極化反轉(疇)的觀察都進一步肯定了二異丙胺溴鹽作作為分子鐵電晶體這一事實。其居里溫度達到426 K，自發極化達到23 μC/cm2，可與鈦酸鋇相媲美，具備了很好的應用開發前景。同時，該晶體克服了現在通用的ABO3型含鉛陶瓷類鐵電體在生產過程中的耗能和環境污染問題，具有鐵電性能好、廉價易得、節能，居里溫度高、矯頑場低、結構簡單、易于制備等優點，是分子鐵電化合物研究的一個重要突破。該研究綜合了化學、物理、晶體學、材料學等多個學科，是交叉性很強的新興研究領域。