極化快速翻轉的鐵電晶體材料
鐵電體是一類重要的極性光電功能材料, 表現出豐富的非線性光學, 壓電, 熱釋電, 鐵電和光伏等性能, 其本質特徵是自發極化在外電場作用下發生反轉. 近年來, 鐵電分子化合物受到了人們的廣泛關注, 逐漸發展為傳統無機鐵電陶瓷的一類重要補充材料. 然而, 如何實現自發極化的快速反轉是當前分子鐵電材料研究所需要解決的一個重要問題.
中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室 '無機光電功能晶體材料' 研究員羅軍華團隊在國家傑出青年基金, 中科院戰略性先導專項和海西研究院 '團隊百人' 研究員孫志華主持的國家自然科學基金委優秀青年基金, 福建省傑出青年基金等項目資助下, 設計合成了一例離子型鐵電化合物並實現了自發極化效應的快速反轉. 研究發現: 化合物中N-甲基嗎啉陽離子與***陰離子之間通過強烈的N-H...O氫鍵相連接, 這兩種結構基元在溫度為315K附近均發生有序-無序的變化, 協同誘導該化合物產生自發極化效應; 進一步地, 通過二階非線性光學效應, 熱釋電, 電滯回線和變溫固體核磁譜等測試手段證實了該化合物的鐵電相變過程. 此外, 外加電場作用下該材料的自發極化非常容易發生反轉, 翻轉頻率高達創記錄的263 KHz. 這項工作不僅實現了鐵電分子化合物的設計構築, 同時為後續進一步拓展該類材料應用提供了潛在的可能; 相關的研究結果最近以通訊形式發表在《德國應用化學》 (Angew. Chem., Int. Ed., 2018, doi:org/10.1002/ange.201805776) 上. 由於該工作的原創性, 新穎性和重要性, 該論文受到了審稿人的高度評價, 被評選為該雜誌的VIP (Very Important Paper)文章, 孫志華是該論文的第一作者.
最近, 團隊在鐵電晶體材料的設計合成和相關材料的光電性能研究方面取得一系列進展 (J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 6806–6809; Angew. Chem., Int. Ed., 2018, doi:org/10.1002/ange.201805776; Angew. Chem., Int. Ed., 2018, doi:org/10.1002/ange.201803716; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1705467; Laser Photonics Rev., 2018, doi.10.1002/lpor.201800060) .
