近日，我校物理与光电工程学院何朝宇教授与复旦大学、上海大学的研究人员合作，在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表题为《亚纳米硅薄膜中具有反铁电基态的室温铁电性预测》“Prediction of Room Temperature Ferroelectricity in Subnano Thin Films with an Antiferroelectric Groung State”最新研究成果，我校何朝宇教授、复旦大学向红军教授为共同通信作者。此外，我校张宇文博士、师习之博士也共同参与了此项工作。
长期以来，寻找与硅芯片高度兼容的铁电材料是信息存储和新型电子器件发展的重大挑战。该研究基于自主研发的RG2软件，通过高通量结构搜索与机器学习方法结合，发现了一种能量极低的新型亚纳米硅薄膜铁电相。特别值得一提的是，该研究开发了可同时预测相互作用势能与Born有效电荷的机器学习框架DREAM，成功模拟出该体系在室温甚至400 K以上均能保持稳定的铁电性，并具有低矫顽场（约0.05 V/Å）、高抗疲劳等优异特性。这是首次在纯硅体系中预测出如此稳定且可切换的室温铁电性。
研究进一步表明，尽管该体系的基态为反铁电相，但由于上下表面反铁电耦合较弱，体系在外电场作用下呈现出典型铁电的单环滞回曲线。这一发现不仅对传统上关于铁电—反铁电关系的理解提出了挑战，更为实现硅基低功耗、高密度存储器以及新型传感与能量器件提供了重要的候选材料。
研究成果首次在理论上预测了亚纳米硅薄膜中存在可切换的室温铁电性，突破了对单质硅传统物性的认知，为硅基铁电器件的发展开辟了新路径。成果充分展示了我校在新型功能材料理论设计与计算模拟领域的研究实力，同时也凸显了校际合作在探索前沿科学问题过程中的重要作用。
何朝宇教授团队长期从事基于第一性原理的晶体结构预测与功能材料设计，积极发展晶体材料的结构预测和能带计算方法及软件，提出基于图空间的晶体结构预测方法，并开发了RG2软件（www.crystal-rg2.cn），为晶体结构预测提供了新的思想与工具；开发了多近邻近似紧束缚通用代码gt-TB，为能带结构计算提供了高效方案。基于RG2和gt-TB，团队解决了系列晶体结构相关科学问题，发现多种新奇物质结构和物理现象，并在国际主流期刊发表第一/通讯作者论文40余篇。自RG2软件2020年对外发布以来，已被近100所高校600余名学者使用，在物理、材料、化学等领域得到广泛应用，相关成果已在Physical Review Letters、Nature Communications、Physical Review B等期刊发表论文120余篇。
文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/xlkt-4wk5
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