近日，蘇州大學遊陸教授、許彬教授與新加坡南洋理工大學範紅金以及南方科技大學王峻嶺課題組展開合作，發現了一種有機無機雜化鐵電晶體的超大電致剪下應變和壓電效應，作為共同第一作者，在國際頂級期刊Nature Materials上發表學術論文，題目為“Ferroelastic-switching-driven large shear strain and piezoelectricity in a hybrid ferroelectric”。

具有巨大可控應變的材料在感測器、制動器、換能器等領域有著廣泛的應用前景。常見的場致應變的物理機制包括溫控或磁控的形狀記憶合金、電致伸縮效應（含壓電效應）等。在無機晶態材料中，鐵彈相變引起的微觀尺度晶格的畸變是產生巨大應變的關鍵，例如形狀記憶合金中的馬氏體相變，以及鐵電材料中的鐵彈疇的翻轉。然而在實際應用的塊體多晶甚至單晶中，複雜的鐵彈疇結構往往限制了可控的單一路徑的鐵彈轉變。巨大的應變也容易在塊體材料中產生不可逆的微裂紋，甚至斷裂。

有機無機雜化鐵電體近年來因為雜化鈣鈦礦的興起，也引起了廣泛關注。雜化鐵電體由無機骨架和有機離子結合而成，因此具有不同於傳統氧化物鐵電材料的獨特性質。

在這項工作中，研究團隊使用了體積較大的有機分子結合CdCl3-無機骨架，由於空間限域作用，這使得鐵電極化的180度翻轉被完全抑制了。鐵電極化只能發生單一路徑的小範圍轉動，引起鐵彈相變，同時伴隨著巨大的剪下應變（圖一）。在常規氧化物鐵電材料中，電致應變（軸向或剪下）的最大值通常只有0.1-1%，而此次發現的雜化鐵電體產生的剪下應變超過了20%。同時，從微觀原子尺度晶格的畸變（亞奈米）到宏觀晶體的形變（毫米）實驗上觀測到了完美的契合。這種現象在塊體壓電材料中是難以想象的，這可以歸因於雜化特性使其具有較軟的機械性質，而這種較弱的分子間作用力（氫鍵、範德華力）也使得晶體具有較好的塑性變形能力。

這項工作是相關研究團隊，繼範德華二維鐵電晶體的負壓電性後（You et al., Sci. Adv. 2019;5: eaav3780），在範德華類鐵電材料中探索反常鐵電壓電性質的又一突破性成果。這再次證明弱化學鍵鐵電材料蘊含著不同於常規氧化物鐵電材料的物理性質，值得更加深入的發掘。同時，這項工作所展現的雜化鐵電體中有機分子限域作用的機理，也為設計新型人工電致伸縮材料提供了新的思路和策略。

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https://www.nature.com/articles/s41563-020-00875-3