东南大学在Science Advances上报道超薄铁电和多铁材料薄膜研究成果

近日，东南大学物理学院逯学曾教授在超薄铁电和多铁材料研究方面取得进展，相关工作以“Out-of-plane ferroelectricity and robust magnetoelectricity in quasi-two-dimensional materials”为题发表于Science Advances。铁电材料作为一类非常重要的功能材料，在诸多方面都有应用，比如传感器、压电器件、非易失性记忆存储器件等。随着科技水平的提高，如今电子设备正在不断朝着小型化发展。但随着铁电材料厚度的降低，由表面电荷形成的退极化场会完全抑制面外自发铁电极化，使得铁电材料在实际应用中受到临界厚度的限制。而且，现在的CMOS（互补金属氧化物半导体）架构依然依赖于具有面外铁电极化的材料。所以如何突破这一限制，继续寻找具有面外铁电性的超薄铁电材料是非常重要的研究方向。
针对这一问题，逯学曾教授与美国西北大学James Rondinelli教授合作，通过第一性原理计算结合遗传算法结构搜索方法和声子计算等，在一类具有Ruddlesden-Popper（RP）结构（A3B2X7）的材料中,提出了在超薄薄膜中稳定面外铁电极化的设计思路。他进一步总结出了受对称性保护的强磁电耦合机制，其只存在于具有面外杂化非本征铁电的材料中。鉴于以上发现，逯学曾教授设计出了室温的多铁材料SrTb2Fe2S7，其具有面外铁电性和强磁电耦合性，它的铁电性可能在一个晶胞厚度（~4.5nm）依然存在。
据悉，研究工作为后续寻找超薄铁电和多铁材料提供了方向。本工作第一单位为东南大学，逯学曾教授为第一作者，James Rondinelli教授为通讯作者。