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科学家发现铁电性与反铁电性共存现象，或可解决存储墙与功耗墙难题

文章来源：更新时间：2025-03-31 15:35:25

近日，电子科技大学团队和合作者在二维范德瓦尔斯材料中发现铁电性与反铁电性共存的现象，展示了三层 NiI₂ 的磁电效应，这项研究在二维多铁领域内显得尤为及时且意义重大，它不仅消除了该领域在二维多铁性表征测试方面存在的误解，而且在二维多铁材料领域取得了关键性进展。与此同时，研究人员还在原子层厚度极限条件下进行了精细实验观测。

在未来几年里，这项研究成果将释放出巨大的潜在应用价值，特别是在自旋电子学、低功耗存储器、逻辑器件以及存算一体技术等前沿领域。二维多铁性材料，凭借其独一无二的“一体双性”与“一体多能”特性，能够实现铁磁性与铁电性的高效相互调控，从而为开发具有颠覆性意义的基础器件铺设了一条创新之路。这一突破有望从根本上同时突破“存储墙”与“功耗墙”难题，为实现新一代超高能效超低功耗的计算芯片探索出颠覆性的发展方向。

本次研究的背景来源于多铁性材料的广泛应用潜力，特别是在超高能效和超低功耗存储器与逻辑器件中的应用。传统单相材料中铁电性和磁性往往互相排斥，导致很难实现同时具备两者的材料。因此，开发新的单相多铁性材料成为当前的研究难题。而近年来二维磁体和铁电体领域的突破性进展，为研究人员提供了探索二维极限下多铁性的新机遇。他们的研究通过磁-光-电联合测量，首次在三层 NiI₂ 材料中观察到铁电性与反铁电性的共存现象，并揭示了其中的物理机制，这为进一步理解磁电耦合现象提供了新的视角。

研究人员表示：“在研究历程中，最为刻骨铭心的时刻莫过于我们首次在实验中亲眼见证了铁电性与反铁电性之间奇妙而清晰的转化现象。”在进行铁电性测量的那一刻，结果展示出了铁电状态与反铁电状态之间的自如切换，这不仅有力地验证了他们的科学假设，更为后续研究的深入推进奠定了基石。

日前，相关论文以《铁电性和反铁电性在二维范德华多铁材料中的共存》（Coexistence of ferroelectricity and antiferroelectricity in 2D van der Waals multiferroic）为题发在 Nature Communications[1]，Yangliu Wu 是第一作者，电子科技大学的邓龙江院士和彭波教授、中国人民大学季威教授、电子科技大学严鹏教授担任通讯作者。

在后续的研究计划中，他们将继续深入探索二维多铁材料的磁电耦合机制，尤其聚焦于如何通过精准施加外部电场或磁场，来实现对铁电性与磁性精确且高效的调控。进一步地，他们将深入探索提高其居里温度的机制和方法，希望尽快将这些前沿材料应用于实用器件，积极探索它们在存算一体器件领域，尤其是低功耗、高性能存储器与逻辑电路中的巨大应用潜力，推动这些源自实验室的创新成果迈向实际应用的广阔舞台。

参考资料：

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

排版/运营：何晨龙

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