【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、國際功能材料量子設(shè)計(jì)中心(ICQD)張匯副研究員團(tuán)隊(duì)在量子功能材料“鐵電金屬”實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)在(SnSe)1.16(NbSe2)晶體中實(shí)現(xiàn)了鐵電性、金屬性與超導(dǎo)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(guān)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(rèn)為互不相容，因?yàn)榻饘僦械母呙芏茸杂呻娮訒帘舞F電極化。然而，近年來理論預(yù)言和實(shí)驗(yàn)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(yù)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(lǐng)域的核心難題。
 

　　針對這一挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)通過精準(zhǔn)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(dǎo)電性優(yōu)異，載流子密度超 1021cm-3，超導(dǎo)臨界溫度達(dá) 3.25 K ，鐵電居里溫度達(dá) 383 K ，高于室溫，且超過多數(shù)極性金屬。進(jìn)一步研究揭示其共存機(jī)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)；(b)該晶體面內(nèi)方向和面外方向的變溫電輸運(yùn)，展示了良好的金屬性和超導(dǎo)電性；(c)溫度依賴的非線性光學(xué)二次諧波效應(yīng)和鐵電居里溫度；(d)鐵電憶阻效應(yīng)，高低電阻態(tài)被小電壓脈沖所切換。
 

　　基于該材料體系，團(tuán)隊(duì)進(jìn)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(xué)調(diào)控金屬通道電導(dǎo)，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(jì)算硬件開辟了新路徑。
 

　　審稿人評價(jià)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，其核心發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)扎實(shí)、引人入勝。該工作無疑將為該領(lǐng)域搭建極具意義的新穎平臺。)”、“the results… are interesting and technically sound.(結(jié)果頗具新意，且技術(shù)層面嚴(yán)謹(jǐn)可靠)”。
 

　　我校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心國際功能材料量子設(shè)計(jì)中心的賈誠博士(現(xiàn)任職于河南省科學(xué)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(xué)基金委、中國科學(xué)院以及安徽省的項(xiàng)目資助。