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本網訊（通訊員 許云麗 許青） 近日，國際物理學頂級期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）在線發表了我校數理學院湖北省弱磁探測工程技術研究中心作為第一署名單位完成的題為“Two-dimensional Topological Ferroelectric Metal with Giant Shift Current”（具有巨大位移電流響應的二維拓撲鐵電金屬）的最新研究成果（詳見：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.186801）。該文章同時被選為編輯推薦亮點論文報道（只有1/6左右的文章被選中）。

鐵電金屬的概念最早由安德森和布朗特于1965年在《物理評論快報》上發表的論文中提出。此后，相關的實驗和理論研究不斷涌現，逐漸成為研究的熱點。由于二維材料具有原子級厚度，參與輸運的載流子被限制在材料的平面內，面外極化則可以通過垂直平面方向的電場進行調控，使難以兼容的金屬性和鐵電性有望在二維單層金屬中實現完美共存。

▲左圖是t- PtBi₂塊體的晶體結構，d₀表示平衡時層間間距。右圖是與石墨和Ca₂N相比，計算的剝離能與間距之間的關系。

我校數理學院湖北省弱磁探測工程技術研究中心楊柳博士與北京理工大學姚裕貴教授團隊、華中科技大學吳夢昊教授團隊合作，從理論上預言了單層PtBi₂是本征二維拓撲鐵電金屬的理想候選者。單層PtBi₂對應的范德華層狀體相為t- PtBi₂。已有實驗表明t- PtBi₂的塊材、表面及薄層在低溫下均表現 出超 導 性。計算結果顯示單層PtBi   ₂ 擁有顯著的自發極化、適中的翻轉勢壘和剝離能，這 些特性為其在實驗上的制備及鐵電性的驗證提供了有力支持。

▲左圖為鐵電金屬PtBi₂單層與光致位移電流(shift current)示意圖。右圖為單層PtBi₂的位移電流電導率與其它二維/三維鐵電材料的比較。

該研究還指出單層PtBi₂擁有Z₂拓撲數等于1的非平庸電子能帶結構，這一特性賦予其前所未有的巨大鐵電體光伏效應，為發展高效光電器件提供了新的載體。與基于p-n結的傳統光伏器件相比，體光伏效應的能量轉換效率不受到肖克利-奎瑟極限的限制，為光能向電能的轉換提供了一種新的途徑。此外，鐵電性、金屬性和拓撲特性相互交織，使二維拓撲鐵電金屬可展現更多新奇的物性，這為今后的研究提供了廣闊的空間。

《物理評論快報》是世界上最權威、最具影響力的物理學期刊，致力于發布領先的物理研究成果，并對全球科學社群起著重要的引領作用，其ESI總引用排名長期位于物理學學科第一名。據統計，在所有獲得諾貝爾物理學獎的成果中，相關論文有28.5%首先發表于《物理評論快報》，這一比例遠超Science和Nature（詳見：https://doi.org/10.1007/s11192-019-03312-8）。該研究成果在《物理評論快報》上的成功發表，必將進一步推動我校物理學及其相關學科的發展。

該文由我校湖北省弱磁探測工程技術研究中心楊柳博士與北京理工大學姚裕貴教授團隊、華中科技大學吳夢昊教授團隊合作完成，楊柳博士為該論文的第一作者，北京理工大學的博士后黎磊為該論文的共同第一作者。黎磊博士、吳夢昊教授、姚裕貴教授為該論文的共同通訊作者。楊柳博士主要研究方向為鐵電/多鐵材料理論設計及其在信息和能源存儲方面的應用，截至目前，已以第一作者身份在Physical Review Letters（2篇）、Physical Review B、Advanced Functional Materials和Nanotechnology等國際學術期刊發表研究論文多篇。

上述工作得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國博士后科學基金的資助。