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(xué)領(lǐng)域的重要課題之一，在信息存儲、光電探測和傳感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。近年來，有機-無機鈣鈦礦蓬勃發(fā)展，其獨特的結(jié)構(gòu)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(shè)計帶來光明的前景。然而，迄今為止鮮有關(guān)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(xué)領(lǐng)域的重要課題之一，在信息存儲、光電探測和傳感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。近年來，有機-無機鈣鈦礦蓬勃發(fā)展，其獨特的結(jié)構(gòu)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(shè)計帶來光明的前景。然而，迄今為止鮮有關(guān)于室溫雙鈣鈦礦鐵電體的報道。
中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)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(xué)基金重點項目、國家杰出青年基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項和研究員孫志華主持的國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金、面上基金等資助下，設(shè)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(gòu)型，這種不對稱鏈狀配體的引入有利于誘導(dǎo)極性晶體產(chǎn)生較大的偶極矩，同時為結(jié)構(gòu)相變提供驅(qū)動力。研究結(jié)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(zhuǎn)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(xié)同作用，誘導(dǎo)產(chǎn)生自發(fā)極化。值得關(guān)注的，(CPA)4AgBiBr8對X-射線具有很強響應(yīng)，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(yīng)用前景。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(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(xué)院大學(xué)碩士研究生郭吳倩。
研究團隊近年來聚焦鐵電半導(dǎo)體材料體系，圍繞材料結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)結(jié)構(gòu)研究所