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就目前的多鐵領域的發展趨勢而言,多鐵材料通常是指同時具備鐵磁性和鐵電性的材料,在新型材料器件領域有著廣泛的應用前景,如信息存儲器件、自旋電子器件、磁電傳感器、記憶元器件、紅外探測器、表面聲波器傳感器等。 盡管目前含鉻(Ⅱ)的有機-無機雜化多鐵材料已有理論預測報道,但是其多鐵性質從沒有被其他課題組證實,這一研究領域長期以來沒有受到關注,主要是因為二價鉻的化合物在大氣環境中不穩定、難以制備。但是,二價鉻離子在有機-無機雜化材料中,其部分填充d4軌道電子能產生較大磁矩,有利于鐵磁性的產生,其晶體結構對鐵電、鐵磁等性能的作用機制有待于深入地探索。
近日,南昌大學的艾勇教授、熊仁根教授與北京大學的王哲明教授、高松院士合作,成功地合成了首例含鉻(Ⅱ)的二維有機-無機雜化鈣鈦礦多鐵材料,即[DFCBA]2CrCl4(DFCBA:3,3-二氟環丁胺陽離子)。這一工作中,在嚴格的無水無氧條件下,通過緩慢揮發無水乙醇溶劑,可以得到片狀二維Cr2+基多鐵材料[DFCBA]2CrCl4晶體。研究表明,在387 K的溫度下,CrCl6八面體的幾何構型變化和[DFCBA]+的有序-無序運動觸發了[DFCBA]2CrCl4的順電-鐵電轉變,屬于4/mmmFm型鐵電相變,表現出多極軸鐵電性,飽和極化值為2.1 μC/cm2,高于金屬-甲酸類雜化鈣鈦礦多鐵材料,如[(CH3)2NH2][Mn(HCOO)3] (0.55 μC/cm2)。無機陰離子層中CrCl6八面體共邊連接,Cr2+離子之間的鐵磁耦合使其在居里溫度32.6 K下變為鐵磁體。作為首例二維Cr2+基有機-無機雜化多鐵材料,[DFCBA]2CrCl4的發現表明了Cr2+基有機-無機雜化鈣鈦礦在未來多功能智能設備中探索多鐵材料的潛力。 論文信息 Unprecedented Ferroelectricity and Ferromagnetism in a Cr2+-based Two-Dimensional Hybrid Perovskite Yong Ai, Rong Sun, Wei-Qiang Liao, Xian-Jiang Song, Yuan-Yuan Tang, Bing-Wu Wang, Zhe-Ming Wang, Song Gao and Ren-Gen Xiong Angewandte Chemie International Edition

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