Phys.Rev.Lett.：奎寧高錸酸鹽中室溫鐵電性和極化旋轉的可視化

【引言】

據最近報道，奎寧高錸酸鹽(HQReO₄)在其制備過程中可實現晶向控制生長，但其對應的溫度窗口只有22 K(334-367 K)。如此窄窗戶和室溫下不確定的鐵電極性極大地限制了其潛在應用。在本文中，研究者制備了一塊很大區域的HQReO₄多晶薄膜，在298 到367 K的溫度區間內首次觀察到其鐵電性能。密度函數理論（DFT）模擬計算揭示了室溫下鐵電的來源，其歸因于HQ(質子化奎寧)和ReO_4-的協同翻轉效應。通過將鐵電溫度窗口延伸至室溫和特殊的薄膜處理工藝，HQReO₄必定會成為下一代鐵電材料中合適的候選者。

【成果介紹】

東南大學熊仁根教授和游雨蒙教授(通訊作者)團隊實現了HQReO₄薄膜的常溫溶液沉積制備。研究測試顯示在HQReO₄中存在宏觀的室溫極化相（RTP），其結果與密度泛函（DFT）計算相吻合。同時，計算結果顯示HQ 與ReO_4?間的協同翻轉效應是形成鐵電特性的原因。在N-H???O氫鍵存在的情況下，這種協同翻轉現象在熱力學上是較為穩定的。該項發現拓展了HQReO₄的鐵電溫度窗口，并增加了其在實際應用中的潛力。研究人員使用微觀壓電力顯微鏡（PFM）觀測到了鐵電轉化過程，并對其靜態疇結構及其動力學探索。該項成果以題為“Visualization of Room-Temperature Ferroelectricity and Polarization Rotation in the Thin Film of Quinuclidinium Perrhenate”發布在PHYSICAL REVIEW LETTERS上。

【圖文導讀】

圖1.HQReO4的粉末樣品極化電子 (P-E)滯后區域。獲取了優良的ITP 中HQReO4的P-E曲線，但其在 345K RTP中不帶有極化反應。

(a)厚度為150米的薄膜在不同的交流頻率下室溫鐵電磁滯回環。(b)奎寧高錸酸鹽的RTP分子包裝圖。

圖2.顯示了RTP的薄膜表面各自的階段在單晶體上的VPFM和LPFM的振幅圖像。

圖3(a)、(b)和補充的S7材料給出了鐵電在RTP的復合HQReO4的薄膜上的域的極化結果。

圖4.連接鐵電相偏振(a)和總能量(b)的變化的動態路徑的功能(λ ? 1)到參考階段(λ ? 0)配置。

【小結】

利用有效的傳統處理方法，研究人員對HQReO₄薄膜進行了系統的研究。通過控制薄膜制備條件，可實現大面積連續制備HQReO₄薄膜，可達厘米尺度。此外，通過室溫溶液沉積法，可以在各種基底上制備薄膜，例如在柔性聚合物等表面。實驗結果顯示HQReO₄的RTP具備鐵電特性。與經典的分子鐵電（TGS，3.8 μC/cm²）相比，測量得到HQReO₄的自發極化最高可達5.2 μC/cm²。優異的成膜能力、豐富的鐵電信息以及較寬的溫度窗口等鐵電特性使其在下一代柔性電子產品中頗具應用潛力。

文獻鏈接:Visualization of Room-Temperature Ferroelectricity and Polarization Rotation in the Thin Film of Quinuclidinium Perrhenate (Phys.Rev.Lett, 2017,? DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.207602)

本文由材料人編輯部付鈺編輯，趙飛龍審核，點我加入材料人編輯部。?

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