闫清波团队发现二维MPX3家族中的自发对称性破缺和多种铁性

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　　材料的铁性主要包括铁磁性、铁电性和铁弹性，其典型特征是可用外场调控的自发磁化、自发电极化和自发形变，从而具有重要的应用价值；二维铁磁性和铁电性也成为目前二维材料领域的前沿热点。层状MPX3（M和X分别为金属和硫族元素）材料家族因其独特的磁性受到人们的广泛关注，但单层二维MPX3材料通常被认为是中心对称的而不具有铁电性。最近，材料学院闫清波课题组发现某些二维MPX3材料可能会发生意想不到的自发对称性破缺，从而可演生出新奇的铁电性或铁弹性。

图1. 单层二维MPX3材料各种可能的几何结构

　　通过高通量第一性原理计算，系统研究了176个二维MPX3家族成员，发现34个成员在几何优化过程中发生了上述对称性破缺，其中10个被确定为动力学稳定的。进一步分析发现，P-P二聚体的三角子晶格与M原子的六角子晶格之间的失配以及P孤对电子对M原子不同价态的动态适应，在反演对称性破缺和铁性产生中起着主导作用。此外还获得了整个二维MPX3家族的铁性性质图谱，其中包括许多从未报道过的稳定反铁磁成员和非铁性成员，为今后的相关实验工作提供了全面的指导和参考。

图2 二维MPX3家族铁性性质图谱

　　此工作不仅首次展示了二维MPX3家族中的铁电性，而且揭示了各种自发对称性破缺和多样化铁性性质的产生机制，将启发未来对二维铁性材料的发现和探索。这些研究也表明，二维MPX3材料家族是探索各种新奇二维铁性性质的重要平台，将促进对这一大类二维材料铁性性质和物理机制的研究，并为二维压电、铁电、铁磁或多铁性质的实际应用开辟了新的研究方向。
　　该项研究成果近期发表于纳米领域国际知名期刊（Nanoscale, 2023, 15, 667 - 676，https://doi.org/10.1039/D2NR04710A）。国科大凝聚态理论与计算材料物理实验室的博士生吕厚毅和马星宇为共同第一作者，闫清波和苏刚教授为共同通讯作者。这项工作得到了国家重点研发计划项目（2018YFA0305800）、国家自然科学基金（12174386），中科院信息化专项（CAS-WX2021SF-0102）和中央高校基础研究项目的资助。相关计算主要在中国科学院超级计算中心和北京超级云计算中心完成。
         文章来源：中国科学院大学
       苏刚，男，1966年4月出生于甘肃省庆阳市，教授，博士生导师，中国科学院大学原副校长。主要从事凝聚态理论物理、统计物理及计算材料物理等方面的研究。承担着国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大项目、973项目子课题等多项国家级研究项目，已在包括《Phys. Rev. Lett.》、《J. Am. Chem. Soc.》、《Angew. Chem. Int. Ed.》等重要学术期刊上发表了110余篇SCI研究论文，在国外出版的英文专著中应邀撰写了有关章节。
       闫清波，   中科院大学教授。研究领域为凝聚态物理、计算材料物理。