Nature子刊：研究人员验证了具有80年历史的铁电理论

有机铁电材料由纳米级的盘状分子堆叠组成，这些分子充当具有理想铁电行为的“迟滞”。 结合在宏观存储装置中，产生特征性的磁滞回线

研究人员已经成功地证明了Franz Preisach在1935年提出粒子的存在性。来自林雪平和埃因霍温大学的科学家们在《Nature Communications》期刊上发表的一篇文章，该文章说明了铁电材料是怎么发挥其作用。

铁电性（是某些介电晶体所具有的性质。在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，且电偶极矩方向可以因外电场而改变，呈现出类似于铁磁体的特点，晶体的这种性质叫铁电性。）是较不为人知的铁磁性双重特性，其中，铁、钴和镍是常见铁磁材料的例子，这种材料中的电子起到小磁铁、偶极子的作用,在铁电体中，偶极子是电的而不是磁性的，并且具有正极和负极。

在没有施加磁性（用于铁磁体）或电（用于铁电体）场的情况下，偶极子的取向是随机的，当施加足够强的场时，偶极子将和场发生适应性的变化。在铁质材料中，令人惊讶的是当场被移除时该变化仍然存在，并且该材料被永久极化。为了改变极化方向，必须在相反方向上施加至少与临界场一样强的场。这种现象被称为偶极子的滞后响应（材料的行为取决于之前发生的事情），滞后响应使这些材料非常适合作为存储器，例如作硬盘。

在理想的铁电材料中，整个部件在达到临界场时切换其极化方向，并且以稳定的速度进行切换，在实际的铁电材料中，材料的不同部分在不同的临界场和不同的速度下切换极化方向，对这种非理想性实际问题的理解是计算机存储器应用的关键。

Martijn Kemerink教授。 图片来源：Thor Balkhed

早在1935年，德国研究员Franz Preisach就开发了一种铁电性和铁磁性模型，纯Preisach模型将铁质材料描述为大量的小型独立模块，称为迟滞模型，每个迟滞都显示出理想的铁质行为，但它有自己的临界场，可以从迟滞态转换到迟滞态。人们普遍认为该模型能够准确描述材料中的真实状况，但科学家们还没有理解建立模型的物理学原理。他们的关键领域会有何不同？

换句话说，为什么铁电材料会起作用呢？

Martijn Kemerink教授的研究小组（LiU的复杂材料与器件）与埃因霍温大学的研究人员合作研究了两种有机铁电模型系统并给出了相应解释，用于研究的有机铁电材料中的分子喜欢彼此叠置，形成约纳米宽和几纳米长的圆柱形叠层。

林雪平大学的Tim Cornelissen和Indre Urbanaviciute。 图片来源：Thor Balkhed

研究人员已经证明，铁电材料的非理想极化转换取决于其纳米结构，特别是堆叠彼此相互作用的纳米结构。

Martijn Kemerink补充道：“我们必须开发新的方法来衡量个别迟滞响应的转换，从而用以验证我们的想法。现在我们已经展示了分子如何在纳米尺度上相互作用，使之我们可以预测滞后曲线的形状，也解释了这种现象。经过我们的研究，我们已经展示了两种特定有机铁电材料中的迟滞分布是如何产生的，尽管这很可能是一种普遍现象。我为我的博士生Indre Urbanaviciute和Tim Cornelissen感到非常自豪，他们成功实现了这一目标。”