Phys. Rev. Lett.:对称性策略高效发现221种潜在分数量子铁电材料

摘要：2025年1月8日——复旦大学物理系向红军和徐长松研究团队，提出了一种基于群论的高效对称性策略，成功筛选出221种潜在的分数量子铁电（FQFE）材料。这一研究成果不仅拓展了铁电材料的研究范围，还为实验探索和设计新型铁电材料提供了重要指导。

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.016801

2025年1月8日——复旦大学物理系向红军和徐长松研究团队，提出了一种基于群论的高效对称性策略，成功筛选出221种潜在的分数量子铁电（FQFE）材料。这一研究成果不仅拓展了铁电材料的研究范围，还为实验探索和设计新型铁电材料提供了重要指导。

铁电材料在节能纳米电子器件和存储领域具有重要应用。传统的铁电材料受限于诺伊曼原理，只能在10个极性点群中探索。近年来，研究团队提出了分数量子铁电性（FQFE）的概念(https://www.nature.com/articles/s41467-023-44453-y)，将铁电性的研究范围扩展到非极性点群。FQFE材料具有较大的原子位移，能够产生显著的自发极化，因此在基础物理和先进应用中具有广阔前景。

研究团队结合群论分析和第一性原理计算，开发了一种高效的对称性策略来识别FQFE材料。通过对171,527种材料进行高通量筛选，研究团队最终确定了221种潜在的FQFE候选材料，这些材料均已通过实验合成。此外，研究团队首次指出FQFE的本质是原子相对于晶格矢量的分数位移，这可以导致分数（类型I）和整数（类型II）量子化的极化。

通过第一性原理计算，研究团队验证了块体AlAgS₂和单层HgI₂中对称性预测的可切换FQFE特性。其中，AlAgS₂表现出22 meV/f.u.的超低切换势垒和面内/面外极化的互锁特性，而HgI₂则显示出42 μC/cm²的大自发极化。这些发现不仅深化了对FQFE的理解，还为实验探索和设计新型铁电材料提供了重要指导。