今天凌晨，東南大學熊仁根團隊、遊雨蒙課題組在世界頂級學術期刊“Science（科學）”雜誌上在線發表文章。
該文章以“Metal-Free Three-Dimensional Perovskite Ferroelectrics（無金屬三維鈣鈦礦鐵電體）”為題，記錄該團隊在分子鐵電材料領域再次取得的重要研究進展。
這也是該團隊自2013、2017年以來，第三次在國際頂尖期刊《科學》上以東南大學為第一完成單位發表論文。
研究背景
常見的鈣鈦礦材料主要有兩種，無機鈣鈦礦和有機-無機雜化型鈣鈦礦。這兩類鈣鈦礦材料均帶有金屬元素，雖然金屬元素的出現賦予了鈣鈦礦材料某些功能性優勢，但也加大了其加工、製備的困難。除此以外，某些金屬元素（比如鉛）更是會造成嚴重的環境問題。
因此，人們一直在尋找鈣鈦礦家族中的第三類——全有機鈣鈦礦材料，因為當材料中所有的金屬陽離子都被分子所代替後，材料不但會展現出某些“神奇”的性質，同時其製備加工難度也會大大降低，更加適應新時期對材料的薄膜、柔性、生物兼容等方面的要求。
有機鈣鈦礦A(NH4)X3家族的化學結構式和晶體結構
國際頂級學術期刊“Science”曾在2002年預言過無金屬鈣鈦礦材料的種種新奇特性。其中，明確提出了利用手性分子組裝具有手性對映體的無金屬鈣鈦礦材料。所謂的手性，是指一個物體不能與其鏡像相重合。比如我們的雙手，左手與互成鏡像的右手不重合。手性是宇宙間的普遍特徵，不光體現在生命的產生和演變過程中，甚至在基本粒子中也存在著“手性”。楊振寧先生和李政道先生1957年獲得諾貝爾獎的成果，就與手性相關。
但是，十餘年過去，無金屬鈣鈦礦材料的發展一直止步不前。
世界首例
東南大學的分子鐵電團隊，經過刻苦攻關，利用帶電分子基團取代無機離子，成功地製備出了一大類共計23種全有機新型鈣鈦礦材料。其中，共有17種材料顯示出了良好的鐵電性，尤其是本次發現的MDABCO-NH4I3，不但具有接近無機陶瓷鐵電體鈦酸鋇（BTO）的極化強度（P
s），其相變溫度甚至超過BTO約50攝氏度，具有極高的應用前景。同時，與無機鈣鈦礦鐵電體類似，這類新型無金屬鈣鈦礦鐵電體也具有多重極化軸，以MDABCO-NH4I3為代表，高達四重極軸帶來了多達八個可選擇的極化方向，和巨大的薄膜應用潛力。
MDABCO-NH4I
3的鐵電特性
MDABCO-NH4I3的PFM圖片
更值得一提的是，團隊合成了4種材料的左手對映體、右手對映體及外消旋化合物，並分別證明了它們的鐵電性。在歷史上，像這樣左手性、右手性和無手性的化合物同時具有鐵電性的例子從未有過報道。結合全有機鈣鈦礦材料多變的結構和組分、獨特的鐵電性質以及手性對映體對於光的不同，這類材料也將在數據存儲、邏輯運算、光量子通信、光學雷達、能源轉換等應用中嶄露頭角。
有機鈣鈦礦材料的晶體結構和相關手性
這一研究成果被《科學》發表，不但將十餘年前的預言變成了現實，為鈣鈦礦這一重要的材料家族增添了新的成員，同時也為鐵電材料的研究帶來了新的思路和方向，更是標誌著我國在分子材料領域又一次走在了世界前列。
團隊介紹
熊仁根
遊雨蒙
博士生導師，教授。江蘇省“傑出青年基金“獲得者，“中國十大新銳科技人物”，獲得江蘇省”雙創人才”項目支持。2004年於南京大學電子系獲得學士學位。2010年於新加坡南洋理工大學物理系獲得博士學位。2010-2014年在美國耶魯大學化學系及美國哥倫比亞大學物理系從事博士後研究工作。2014年正式入職東南大學，加入化學化工學院有序物質科學研究中心。以第一作者或通訊作者身份發表論文20餘篇。
江蘇省“分子鐵電科學與應用”重點實驗室，前身為熊仁根教授2006年組建的東南大學有序物質科學研究中心，該重點實驗室也是東南大學“生物電子學”國家重點實驗室的組成部分。
在熊仁根教授的帶領下，團隊以分子基鐵電材料作為主要研究方向，大量研究成果被國際頂級學術期刊發表，並獲得了包括國家自然科學二等獎在內的多個獎項。重點實驗室也成為了一支 “領跑”分子鐵電研究的優秀團隊。
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