上交大材料学院黄富强团队在一维铁电材料上取得新进展

近日，上海交通大学材料科学与工程学院黄富强团队与哈尔滨工业大学、西安交通大学、南方科技大学及中国科学院上海硅酸盐研究所合作，在铁电材料领域取得新进展，相关研究成果以“Above-Room-Temperature Ferroelectricity and Giant Second Harmonic Generation in 1D vdW NbOI3”为题在线发表在Advanced Materials上（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202407249）。该论文第一作者为上海交通大学材料学院副研究员方裕强、哈尔滨工业大学刘跃、中北大学杨牛壮、南方科技大学王刚。通讯作者为上海交通大学黄富强教授、哈尔滨工业大学李洋、西安交通大学缑高阳与南方科技大学林君浩。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科技启明星计划等项目的资助与支持。

一维铁电性质的实现对于高密度铁电存储器件和非线性光学研究具有重要意义。与传统3D和2D铁电材料相比，1D铁电材料由于具有更高的表面能，在矫顽场、介电常数和自发极化能级等方面具有不同的性质。此外，尺寸的减小有利于形成单畴结构，进一步提高铁电性能，在非易失性存储器件、纳米发电机、非线性光子器件等方面具有巨大的应用潜力。因此，寻找可以剥离成一维铁电原子链的范德瓦尔斯准一维铁电化合物至关重要。

在此，团队发现一个具有高居里温度TC > 450 K和巨大二次谐波产生（SHG）的vdW一维铁电化合物NbOI3。微结构表征显示NbO3具有一维晶体链状结构，明显的电滞回线和铁电滞回线证实了材料中存在一维有序铁电行为。此外，NbOI3在810 nm的基波波长下表现出高达1572 pm V−1的SHG极化率，并且在2.06 GPa的压力下SHG极化率进一步增强至5582 pm V−1。理论研究表明咋压力作用下O原子沿Nb─O原子链移动，导致[NbO2I4]八面体的Baur畸变程度增加，从而引起二次谐波倍频增强。这一工作为开发新型铁电和光子器件提供了一维vdW铁电系统。