1. Nature：直接在硅上生長(zhǎng)的超薄薄膜具有增強(qiáng)的鐵電性
超薄鐵電材料具有實(shí)現(xiàn)低功耗鈣鈦礦鐵電四方性邏輯和非易失性存儲(chǔ)器的潛力。然而，隨著鐵電材料變薄，鐵電性通常會(huì)被抑制。鐵電體中的尺寸效應(yīng)已經(jīng)在鈣鈦礦氧化物（鐵電體系統(tǒng)的原型）中得到了深入的研究。有鑒于此，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Sayeef Salahuddin與Suraj S. Cheema等人通過在硅上進(jìn)行原子層沉積而生長(zhǎng)螢石結(jié)構(gòu)氧化物，報(bào)告了一種具有鐵電性的超薄摻雜氧化鉿（HfO2）。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員通過在硅上進(jìn)行低溫原子層沉積（ALD）來生長(zhǎng)的超?。? nm厚）Hf0.8Zr0.2O2（HZO），并證明了其鐵電性。二次諧波的產(chǎn)生和先進(jìn)掃描探針技術(shù)分別確定了反轉(zhuǎn)對(duì)稱破壞和可切換電極化的存在。
2）超薄HZO中不僅鐵電穩(wěn)定，而且螢石結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的光譜和衍射特征也表明超薄狀態(tài)下極性畸變?cè)鰪?qiáng)。結(jié)果表明，與鈣鈦礦鐵電材料不同，超薄HZO不僅不存在鐵電臨界厚度，而且隨著膜厚度的減小，極性畸變也會(huì)增強(qiáng)。螢石結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的這種尺寸效應(yīng)不會(huì)在鈣鈦礦對(duì)應(yīng)物中發(fā)生，這可以從對(duì)稱性的角度來理解。
3）在經(jīng)典的鈣鈦礦中，表面能驅(qū)動(dòng)的尺寸效應(yīng)在縮小尺寸時(shí)更傾向于高對(duì)稱性順電相（立方）而非低對(duì)稱性鐵電相（四方）。相反，在螢石中，非中心對(duì)稱相（斜方晶Pca21，O相）相對(duì)于整體穩(wěn)定的中心對(duì)稱相（P21/c，M相）具有更高的對(duì)稱性。因此，表面能可以在二維范圍內(nèi)促進(jìn)（不穩(wěn)定）螢石（鈣鈦礦）鐵電體的反轉(zhuǎn)對(duì)稱性破壞。
這項(xiàng)工作將尋找鐵電的基本極限研究轉(zhuǎn)移到更簡(jiǎn)單的過渡金屬氧化物系統(tǒng)，即從鈣鈦礦衍生的復(fù)合氧化物到螢石結(jié)構(gòu)的二元氧化物，“反向”尺寸效應(yīng)——HZO提出了一個(gè)很有前途的模型系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中可以探索鐵電性的超薄極限。
Suraj S. Cheema, et al. Enhanced ferroelectricity in ultrathin films grown directly on silicon. Nature 2020, 580 (7804), 478-482.
DOI: 10.1038/s41586-020-2208-x.
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2208-x
2. JACS：CsSnBr3-xIx鈣鈦礦可作為潛在的熱電材料
由于鹵化物鈣鈦礦具有非凡的電荷傳輸和光電特性，因此有望影響下一代高性能太陽(yáng)能電池。然而，它們的熱傳輸行為卻鮮有報(bào)道。美國(guó)西北大學(xué)Mercouri G. Kanatzidis等人研究了CsSnBr3-xIx鈣鈦礦的熱傳遞和熱電性質(zhì)。
本文要點(diǎn)：
1) 研究發(fā)現(xiàn)，CsSnBr3-xIx系列的晶格動(dòng)力學(xué)與超低熱導(dǎo)率（在550 K時(shí)達(dá)到0.32 Wm-1K-1）之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。CsSnBr3-xIx還具有較好的塞貝克系數(shù)和可控的電傳輸性質(zhì)。
2）晶體學(xué)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算表明，Cs原子偏離了鈣鈦礦籠形結(jié)構(gòu)所理想的立方八面體幾何形狀，并表現(xiàn)為重原子顫振振蕩器。Cs的這種偏心趨勢(shì)以及SnX6（X = Br或I）八面體的變形，在CsSnBr3-xIx中產(chǎn)生了高度動(dòng)態(tài)且無序的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致非常低的德拜溫度和聲子速度。
3）此外，低溫?zé)崛輸?shù)據(jù)表明，低頻光學(xué)聲子與載熱聲子之間存在強(qiáng)耦合。這會(huì)引起強(qiáng)烈的聲子共振散射，從而導(dǎo)致CsSnBr3-xIx的超低晶格熱導(dǎo)率。
Hongyao Xie et al, All-inorganic halide perovskites as potential thermoelectric materials: Dynamic cation off-centering induces ultralow thermal conductivity, J. Am. Chem. Soc. 2020.
DOI：10.1021/jacs.0c03427.
https://doi.org/10.1021/jacs.0c03427
3. JACS：混合稀土雙鈣鈦礦弛豫鐵電體中的大壓電響應(yīng)
壓電材料可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，反之亦然。這一功能使它們適用于廣泛的設(shè)備應(yīng)用，如制動(dòng)器、換能器和傳感器等。近年來，越來越多的新興領(lǐng)域?qū)弘姴牧咸岢隽诵碌囊?，如重量輕、聲阻抗低、柔韌性好、生物相容性好等。有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦雜化鐵電體因其結(jié)合了無機(jī)和有機(jī)材料的優(yōu)良特性而成為很有前途的補(bǔ)充材料。有鑒于此，江西理工大學(xué)Yi Zhang與Heng-Yun Ye等人描述了混合稀土雙鈣鈦礦弛豫鐵電體(RM3HQ)2RbLa(NO3)6和(RM3HQ)2NH4La(NO3)6中的大壓電響應(yīng)。
本文要點(diǎn)：
1）(RM3HQ)2RbLa(NO3)6和(RM3HQ)2NH4La(NO3)6是同時(shí)具有R3鐵電相和P213順電相的鐵電晶體和鐵彈性晶體。通過變溫壓電響應(yīng)力顯微鏡(PFM)成像，發(fā)現(xiàn)鐵電極性微疇區(qū)和順電非極性區(qū)在寬溫度范圍內(nèi)共存。
2）兩相共存揭示了兩相之間和不同極化方向的極性微疇之間的低能躍遷勢(shì)壘。這使得在施加應(yīng)力時(shí)，極性微疇區(qū)的極化旋轉(zhuǎn)變得容易，這表明鐵電和鐵彈性的耦合允許通過施加應(yīng)力來旋轉(zhuǎn)極化。因此，對(duì)于(RM3HQ)2RbLa(NO3)6，其壓電響應(yīng)高達(dá)106 pC N-1。
由于存在很大的空間，以通過改變有機(jī)陽(yáng)離子、堿金屬離子和稀土離子來調(diào)整其結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)工作將有助于發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)良鐵電、壓電和其他光電特性的新型稀土基材料。
Chao Shi, et al. Large Piezoelectric Response in Hybrid Rare-Earth Double Perovskite Relaxor Ferroelectrics. J. Am. Chem. Soc. 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c00480.
https://doi.org/10.1021/jacs.0c00480
4. JACS：分子鐵電體新進(jìn)展
分子鐵電材料因其簡(jiǎn)便，環(huán)保的加工，低聲阻抗和機(jī)械柔韌性而備受關(guān)注。它們的鐵電機(jī)理主要?dú)w因于分子的有序-無序過渡，例如球形1,4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷（DABCO）和喹啉。東南大學(xué)熊仁根、游雨蒙等人報(bào)道了兩種分子鐵電體[HDABCO] [TFSA]及其氘代的一種[DDABCO] [TFSA]（TFSA =雙（三氟甲基磺?；╀@），其鐵電性是由質(zhì)子有序觸發(fā)的。
本文要點(diǎn)：
1）這是質(zhì)子第一次在基于DABCO的鐵電材料中表現(xiàn)出具有雙阱勢(shì)的熱波動(dòng)穩(wěn)定性。較大的氘同位素效應(yīng)（ΔT=?53 K）不僅證明它們是氫鍵合的鐵電體，而且還將鐵電體的工作溫度范圍擴(kuò)展至室溫。
2）得益于質(zhì)子轉(zhuǎn)移的低能量，100 kHz的超快速極化切換和1 V的超低矯頑電壓（遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于商用鐵電設(shè)備所需的5 V）使[DDABCO] [TFSA]具有低電壓，高速運(yùn)行的存儲(chǔ)設(shè)備的潛力。這項(xiàng)工作應(yīng)激發(fā)對(duì)具有低功耗信息存儲(chǔ)的柔性和可穿戴設(shè)備中氫鍵合分子鐵電材料的進(jìn)一步探索。
Xian-Jiang Song et al. Bistable State of Protons for Low-Voltage Memories, J. Am. Chem. Soc. 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c02924.
https://doi.org/10.1021/jacs.0c02924
