二維人造類鐵電金屬問世有望催生新一代設備和應用

據美國《每日科學》網站11日報道，美國科學家領導的一個國際科研小組近日稱，他們研制出了一種新型二維人造金屬材料，其在室溫下的性質類似鐵電材料，證實了諾貝爾物理學獎獲得者菲魯普·安德森50多年前提出的“鐵電金屬”理論。這種新人造材料也有望催生新一代設備和應用。

鐵電材料是一種介電材料，通常是不能導電的。其廣泛用于手機、計算機存儲器、高精度電機、超敏感傳感器和聲吶設備等電子產品中。

上海科技大學物質科學與技術學院研究員郭艷峰對科技日報記者說，1965年，安德森等人預言了一種特殊的結構相變——“鐵電金屬”，即在金屬狀態下實現與鐵電轉變完全相同的結構相變。受此鼓舞，半個多世紀以來，科學家一直在苦苦尋覓真正的鐵電金屬材料，試圖打破傳統物理學的禁錮，真正將金屬性與鐵電性統一到一種材料中。不過，這就像將火與冰混在一起，無一成功。

現在，羅格斯大學實驗物理學教授賈克·查克哈連領導的團隊，創造了一類新型二維人造材料，它們在室溫下具有類似鐵電材料的特性，證實了安德森的理論。

據研究人員解釋，當一種材料變成鐵電材料時，其原子會永久移動，他們試圖為鐵電晶體增加金屬導電性。具體做法是利用脈沖激光沉積薄膜，制備出鈦酸鋇(BaTiO3)3/鈦酸鍶(SrTiO3)/鈦酸鑭(LaTiO3)復合薄膜結構，在鈦酸鍶/鈦酸鑭界面處形成二維電子氣實現金屬導電，同時借助鈦酸鋇極性結構實現鐵電結構相變，從而制造出了一種類似鐵電材料的金屬。

查克哈連說：“新結構還擁有豐富的可調節物理性質，真可謂一舉兩得。”

郭艷峰表示：“新研究另辟蹊徑，借助復合結構，實現了金屬性和鐵電性的融合，對基礎物理研究意義重大，但是還需要更多研究，證明得到的是真正的鐵電金屬。如果科學家研制出真正的鐵電金屬，那無疑是一個相當大的突破。”

研究在線發表于最新一期的《自然·通訊》雜志。(記者劉霞)

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