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在未來(lái)幾年里，這項(xiàng)研究成果將釋放出巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，特別是在自旋電子學(xué)、低功耗存儲(chǔ)器、邏輯器件以及存算一體技術(shù)等前沿領(lǐng)域。二維多鐵性材料，憑借其獨(dú)一無(wú)二的“一體雙性”與“一體多能”特性，能夠?qū)崿F(xiàn)鐵磁性與鐵電性的高效相互調(diào)控，從而為開發(fā)具有顛覆性意義的基礎(chǔ)器件鋪設(shè)了一條創(chuàng)新之路。這一突破有望從根本上同時(shí)突破“存儲(chǔ)墻”與“功耗墻”難題，為實(shí)現(xiàn)新一代超高能效超低功耗的計(jì)算芯片探索出顛覆性的發(fā)展方向。

本次研究的背景來(lái)源于多鐵性材料的廣泛應(yīng)用潛力，特別是在超高能效和超低功耗存儲(chǔ)器與邏輯器件中的應(yīng)用。傳統(tǒng)單相材料中鐵電性和磁性往往互相排斥，導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備兩者的材料。因此，開發(fā)新的單相多鐵性材料成為當(dāng)前的研究難題。而近年來(lái)二維磁體和鐵電體領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，為研究人員提供了探索二維極限下多鐵性的新機(jī)遇。他們的研究通過磁-光-電聯(lián)合測(cè)量，首次在三層 NiI₂ 材料中觀察到鐵電性與反鐵電性的共存現(xiàn)象，并揭示了其中的物理機(jī)制，這為進(jìn)一步理解磁電耦合現(xiàn)象提供了新的視角。

研究人員表示：“在研究歷程中，最為刻骨銘心的時(shí)刻莫過于我們首次在實(shí)驗(yàn)中親眼見證了鐵電性與反鐵電性之間奇妙而清晰的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。”在進(jìn)行鐵電性測(cè)量的那一刻，結(jié)果展示出了鐵電狀態(tài)與反鐵電狀態(tài)之間的自如切換，這不僅有力地驗(yàn)證了他們的科學(xué)假設(shè)，更為后續(xù)研究的深入推進(jìn)奠定了基石。

日前，相關(guān)論文以《鐵電性和反鐵電性在二維范德華多鐵材料中的共存》（Coexistence of ferroelectricity and antiferroelectricity in 2D van der Waals multiferroic）為題發(fā)在 Nature Communications[1]，Yangliu Wu 是第一作者，電子科技大學(xué)的鄧龍江院士和彭波教授、中國(guó)人民大學(xué)季威教授、電子科技大學(xué)嚴(yán)鵬教授擔(dān)任通訊作者。

在后續(xù)的研究計(jì)劃中，他們將繼續(xù)深入探索二維多鐵材料的磁電耦合機(jī)制，尤其聚焦于如何通過精準(zhǔn)施加外部電場(chǎng)或磁場(chǎng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵電性與磁性精確且高效的調(diào)控。進(jìn)一步地，他們將深入探索提高其居里溫度的機(jī)制和方法，希望盡快將這些前沿材料應(yīng)用于實(shí)用器件，積極探索它們?cè)诖嫠阋惑w器件領(lǐng)域，尤其是低功耗、高性能存儲(chǔ)器與邏輯電路中的巨大應(yīng)用潛力，推動(dòng)這些源自實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新成果邁向?qū)嶋H應(yīng)用的廣闊舞臺(tái)。

參考資料：

1.Wu, Y., Zeng, Z., Lu, H.et al. Coexistence of ferroelectricity and antiferroelectricity in 2D van der Waals multiferroic. Nat Commun 15, 8616 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53019-5