鐵電體作為重要的功能材料已成為凝聚態(tài)物理及固體電子學領域的重要課題之一，在信息存儲、光電探測和傳感等領域具有重要應用。近年來，有機-無機鈣鈦礦蓬勃發(fā)展，其獨特的結構兼容性和豐富的性能優(yōu)勢使其在新一代多功能鐵電材料中嶄露頭角。同時，二維體系突破了容忍因子的限制，可以容納更多類型的有機配體，有利于發(fā)展新型的鐵電化合物。金屬鹵化雙鈣鈦礦因其環(huán)境友好、載流子壽命長等特性吸引了人們的注意，為新型鐵電材料的設計帶來光明的前景。然而，迄今為止鮮有關于室溫雙鈣鈦礦鐵電體的報道。
鐵電體作為重要的功能材料已成為凝聚態(tài)物理及固體電子學領域的重要課題之一，在信息存儲、光電探測和傳感等領域具有重要應用。近年來，有機-無機鈣鈦礦蓬勃發(fā)展，其獨特的結構兼容性和豐富的性能優(yōu)勢使其在新一代多功能鐵電材料中嶄露頭角。同時，二維體系突破了容忍因子的限制，可以容納更多類型的有機配體，有利于發(fā)展新型的鐵電化合物。金屬鹵化雙鈣鈦礦因其環(huán)境友好、載流子壽命長等特性吸引了人們的注意，為新型鐵電材料的設計帶來光明的前景。然而，迄今為止鮮有關于室溫雙鈣鈦礦鐵電體的報道。
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羅軍華團隊在國家自然科學基金重點項目、國家杰出青年基金、中科院戰(zhàn)略性先導專項和研究員孫志華主持的國家自然科學基金委優(yōu)秀青年基金、面上基金等資助下，設計合成了一例金屬鹵化雙鈣鈦礦室溫鐵電體(CPA)4AgBiBr8（CPA是氯丙胺）。氯丙胺分子具有高度扭曲的分子構型，這種不對稱鏈狀配體的引入有利于誘導極性晶體產生較大的偶極矩，同時為結構相變提供驅動力。研究結果表明：(CPA)4AgBiBr8是一例室溫鐵電體，自發(fā)極化強度為3.2μC/cm2，外電場作用下的極化翻轉過程證實了其鐵電性能。其中氯丙胺陽離子的有序化與無機八面體框架扭曲的協同作用，誘導產生自發(fā)極化。值得關注的，(CPA)4AgBiBr8對X-射線具有很強響應，類似于二維量子阱的有機-無機組分交替排列，賦予材料較大的載流子遷移壽命μτ= 1.0×10-3cm2·V-1，表明(CPA)4AgBiBr8在X-射線檢測中的潛在應用前景。相關結果發(fā)表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202004235），并被評為VIP論文。論文第一作者為中國科學院大學碩士研究生郭吳倩。
研究團隊近年來聚焦鐵電半導體材料體系，圍繞材料結構設計、晶體制備與光電器件組裝等方面開展研究工作并取得系列進展（Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 6545；Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 11845；Angew. Chem., Int. Ed., 2017, 56, 12150；Angew. Chem. Int. Ed, 2018, 57, 8140；Angew. Chem., Int. Ed, 2018, 57, 16764; Angew. Chem. Int. Ed, 2018, 57, 98336； Angew. Chem. Int. Ed, 2019, 58, 14504；Angew. Chem. Int. Ed, 2019, 58, 15757; Angew. Chem. Int. Ed, 2020, 59, 3429; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 6806；J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 2623; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 3812; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7693; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12470）。
來源：福建物質結構研究所