南大南通研究院发现一种新型无铅钙钛矿型铁电热电半导体材料

铁电半导体材料在光伏、光电探测、光催化等领域备受关注，研究院蔡宏灵课题组将卤素元素引入钙钛矿体系形成一维钙钛矿型铁电体(DFP)2SbX5(DFP = 3,3-二氟吡咯烷阳离子，X = I，Br，缩写为I-1和Br-2)双相变铁电半导体，其低温相变是mmmFmm2铁电相变，高温相变是逆温对称性破缺的mmmF2/m铁弹相变。研究表明：溴引入后，材料铁电转变温度Tc从I-1的348 K(75oC)提高到Br-2的374 K(101 oC)，饱和极化值Ps从1.3增加到4.0 μC cm−2，热释电系数pe从0.2提高到0.48 μC cm−2K−1，高于目前商用TGS热释电材料。半导体行为发生了变化，其光学带隙从2.1升高至2.7eV，伴随着晶体颜色从橙黄色到蓝色的变化。研究工作还揭示了I-1的介电临界慢化现象和Br-2高温相的铁弹畴机制。该项研究为设计具有多相变或逆温结构对称性破缺铁性材料开辟了新途径，有望在信息记录、能源、半导体光电等领域得到新应用，提供新机遇。该工作发表在2024年度国际著名期刊Small上，文章第一作者是焦淑琳博士，通讯作者蔡宏灵教授，合作者是吴小山教授。