新葡的京集团35222vip董帅、李玲龙研究团队联合安徽大学宋东升等，在本征非共线铁电性研究领域取得新进展。研究团队以范德华层状氧卤化物WO2Cl2为研究对象，实验观测到室温铁电性及原子尺度非共线电偶极排列，证实了团队前期关于二维非共线铁电序的理论预测。相关成果以“宽带隙范德华WO2Cl2中的室温非共线铁电性” (Room-Temperature Noncolinear Ferroelectricity in van der Waals WO2Cl2 with a Wide Bandgap)为题发表在美国物理学会期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上，并入选编辑推荐 (Editors’ Suggestion)。
非共线序在磁性体系中已有研究较广泛，例如螺旋磁序，涡旋，斯格明子等结构。然而，与磁性体系相比，铁电材料中的非共线电偶极序仍较为少见。此前，非共线铁电性主要见于杂化分子铁电或由退极化场诱导的铁电涡旋超晶格中。2019年，董帅团队林玲芳等在《物理评论快报》发表理论工作 “Frustrated Dipole Order Induces Noncollinear Proper Ferrielectricity in Two Dimensions”，预测二维 MO₂X₂ 材料中由铁电模与反铁电模的阻挫可诱导本征非共线铁电序，而本征非共线的电偶极序的实验观测一直面临挑战。
围绕这一科学问题，研究团队从经典的d0规则出发，选取范德华层状材料WO2Cl2开展系统研究，通过二次谐波、压电响应力显微镜和电滞回线等多种手段验证了WO2Cl2在室温下具有本征铁电性，其铁电极化来源于 W⁶⁺ 离子在局域配位环境中的偏心位移，进一步利用扫描透射电子显微镜，在原子尺度上直接观测到非共线电偶极排列（如图1）。与许多窄带隙二维铁电材料不同，WO2Cl2同时具有较宽的光学带隙（~2.8eV）和非共线极化特征。研究结果不仅为前期理论预言提供了直接实验证据，也将非共线极性纹理的实验研究推进到原子尺度，为探索宽带隙、高极化、室温工作的二维铁电材料提供了新的材料平台和设计思路。
新葡的京集团35222vip为该工作的第一完成单位。文章的共同第一作者为邢瑜、丁宁，王志鹏，潘志文，通讯作者为新葡的京集团35222vip董帅教授，李玲龙副教授和安徽大学宋东升教授。该工作研究获得了国家自然科学基金、重点实验室开放课题、新葡的京集团35222vip大数据计算中心等项目支持。
图1.非共线铁电性的原子尺度表征
论文链接：https://doi.org/10.1103/zjyw-z6s6
供稿：邢瑜
审核：苗霖