近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、国际功能材料量子设计中心（ICQD）张汇副研究员团队在量子功能材料“铁电金属”实验领域取得重要进展。团队在(SnSe)1.16(NbSe2)晶体中实现了铁电性、金属性与超导性的共存，并研制出首例室温工作的金属性铁电忆阻器。相关研究成果以“Coexistence of Ferroelectricity and Metallicity in Weakly Coupled(SnSe)1.16(NbSe2)Crystal”为题于12月3日在线发表于国际知名物理期刊《Physical Review Letters》上（Phys. Rev. Lett. 135, 236802(2025)）。
铁电体与金属被认为互不相容，因为金属中的高密度自由电子会屏蔽铁电极化。然而，近年来理论预言和实验探索表明，在特定材料中，二者可能共存，并衍生出一系列新奇量子现象和发展低能耗电子器件的潜力。自1965年“铁电金属”概念被安德森预言以来，虽然已经发现一些极性金属体系，但普遍存在极化切换难、铁电稳定性差、居里温度低等不足。如何在室温下将优异金属性与稳健可切换铁电性整合，是长期困扰该领域的核心难题。
针对这一挑战，团队通过精准合成高质量 范德华超晶格 (SnSe)1.16(NbSe2) 单晶 。 经多手段综合研究表明，该材料金属导电性优异，载流子密度超 1021cm-3，超导临界温度达 3.25 K ，铁电居里温度达 383 K ，高于室温，且超过多数极性金属。进一步研究揭示其共存机制，该晶体具有电子和声子的层间弱耦合特性，有效避免了高密度载流子对铁电极化的屏蔽，研究为这类材料的设计提供了新思路。
图：（a）范德华超晶格(SnSe)1.16(NbSe2)示意图，展示了铁电层和金属层的交替堆叠结构；（b）该晶体面内方向和面外方向的变温电输运，展示了良好的金属性和超导电性；（c）温度依赖的非线性光学二次谐波效应和铁电居里温度；（d）铁电忆阻效应，高低电阻态被小电压脉冲所切换。
基于该材料体系，团队进一步研发出室温金属性铁电忆阻器。该器件通过极化动力学调控金属通道电导，具备超低电阻、低工作电压、低功耗等优势，高低电阻态在多次循环切换中稳定可靠，为下一代低能耗非易失性电子器件与神经形态计算硬件开辟了新路径。
审稿人评价该工作道“The experimental data and analysis are scientifically sound. Their main finding supported by solid data…is intriguing. This work will certainly contribute a fascinating new platform to the field.（实验数据与分析科学严谨，其核心发现数据扎实、引人入胜。该工作无疑将为该领域搭建极具意义的新颖平台。）”、“the results… are interesting and technically sound.（结果颇具新意，且技术层面严谨可靠）”。
我校合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心的贾诚博士（现任职于河南省科学院量子材料与物理所IQMP）和博士生黄文宇为论文共同第一作者，张汇副研究员为通讯作者。该工作得到了科技部科技创新2030、国家自然科学基金委、中国科学院以及安徽省的项目资助。
原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/24j9-8g8v
（合肥微尺度物质科学国家研究中心、国际功能材料量子设计中心、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院、物理学院、科研部）
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