近日，物理学院董帅教授课题组通过物理机制分析与第一性原理计算，首次在二维体系中设计了具有本征强磁电耦合的第二类多铁材料。其具有优越的磁电性能，包括磁电工作温度已达室温，铁电极化可以被磁场驱动转向等。该研究成果在线发表在化学类顶级期刊《美国化学学会会志》(Journal of the American Chemical Society) 上，标题为Type-II multiferroic Hf2VC2F2 MXene monolayer with high transition temperature。
多铁性材料指一个材料中同时中包含两种及两种以上铁性(如铁磁性、铁电性),并且铁性之间存在耦合。因其独特物理性质，在信息存储、信号探测与转换等方面具有广泛的应用前景。过去对于多铁材料的研究主要集中在三维晶格的过渡金属氧化物体系中。
近年来，以石墨烯为代表的二维材料的迅速兴起，越来越多的新型二维材料层出不穷。但原子层厚度的二维铁磁、铁电、多铁材料却并不多见，这大大限制了二维材料在信息存储与信号转换方面的功能。在期盼了数十年后，二维铁磁、铁电材料在最近两年终于被实验确认发现，这迅速吸引了大量的研究兴趣，这对丰富二维材料功能、开发基于二维材料的电子信息器件中具有重要的意义。最近，虽然有多个理论工作预言磁性和铁电性能够共存于二维材料中，但是二者都是相互独立，缺乏本征的磁电耦合。具有本征磁电耦合特性的材料尚未在二维材料中获得证实。
董帅研究小组在多铁物理与材料领域有着长期的研究经历。正是根据三维晶格中多铁性的物理规律，设计并筛选出了一种新型二维材料Hf2VC2F2，并在其中实现了本征磁电耦合。这一预测拓宽了二维材料的方向，有助于早日实现基于二维多铁性材料的应用。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b06475
更多多铁材料方面介绍可参见：http://hpc.seu.edu.cn/dong/multiferroics.htm
本文第一作者为博士生张骏杰，其他作者包括博士生林玲芳、张杨，以及华中科技大学吴梦昊教授和美国莱斯大学Boris Yakobson教授。东南大学物理学院为该论文第一单位，董帅教授与Yakobson教授为通讯作者。该工作受到国家自然科学基金、江苏省研究生科研创新计划和东南大学优博学位论文培育等项目资助。