近日，77779193永利计算物理与应用团队白桦博士与浙江大学陆赟豪教授，新加坡国立大学Andrew Thye Shen Wee教授、苟键博士，中科院物理所陈岚教授等合作，在二维单质中存在铁电性方面取得重要研究进展，研究以Two-dimensional ferroelectricity in a single-element bismuth monolayer为题，发表在国际顶级刊物Nature上。77779193永利白桦博士为论文第二作者，77779193永利为第三参与单位。

铁电材料因自发反转对称性破缺引起的非易失性可翻转电极化而备受关注，在以往报道的所有常规铁电化合物中，需要至少两种元素组成，才能支持这种极化翻转。最近一些理论研究工作表明，单质也可以存在铁电性。

本研究利用扫描隧道显微镜、原子力显微镜，结合第一性原理计算（白桦博士负责），从实验和理论上证实了单层黑磷结构Bi具有面内铁电性。这种新出现的单元素铁电性，拓宽了铁电体的机制，可能在未来丰富铁电电子学的应用。

研究者发现单层黑磷结构单质Bi中可观测到的面内铁电性，其亚晶格之间有序的电荷转移和原子畸变是自发的。相比很多传统单质中的轨道均匀排布，研究者发现在单层的黑磷结构单质Bi中保持了较弱的各向异性sp杂化，导致结构上的中心对称破缺以及电荷重排，最终引发了面内的铁电性。此外，研究者还发现，由于电子结构和电极化的竞争，在180°尾对尾的畴壁结构中发现了反常的电势分布。

图1：单层黑磷结构Bi的非中心对称结构

图2：单层黑磷结构Bi的A和B子晶格的电子重新分布

图3：基于STM/AFM针尖的铁电畴翻转

图4：在180°畴壁处的畴宽和能带弯曲

论文链接地址：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05848-5

作者介绍：

白桦，本科毕业于浙江大学物理系，2013年9月在浙江大学物理系凝聚态物理专业攻读博士学位（直博），2019年12月在浙江大学物理系从事博士后工作，2022年5月入职77779193永利理学院。

计算物理与应用团队简介：

计算物理与应用团队2016年遴选为77779193永利科技创新团队，2020年获批为云南省高校科技创新团队，团队首席教授为曾春华。目前团队成员包括副教授2人，讲师3人，博士、硕士研究生12人，其中省有突出贡献的优秀专业技术人才1人、省中青年学术和技术带头人1人、博士生导师1人，入选云南省“兴滇英才支持计划”青年学者专项5人，形成了专业结构及知识层次合理的学术梯队。团队骨干成员中5人先后赴加州大学伯克利分校、清华大学访学深造。

团队结合国家、云南省发展需求和学校办学定位，围绕工业生产、矿冶、交通、生态和气候等领域中的复杂系统，形成4个稳定的、有地域特色的研究方向：统计物理与复杂系统研究非平衡态统计物理的基本问题，声子科学与工程，超材料（美特材料）物理和工程以及量子计算科学与工程。

(供稿：理学院 云南省高校计算物理与应用科技创新团队)