近期，吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室马琰铭院士团队与美国阿肯色大学物理系Laurent Bellaiche教授合作，在铪基铁电超晶格材料设计方面取得进展。研究成果6月17日在线发表于Physical Review Letters[132, 256801 (2024)]。

氧化铪铁电材料与硅基微电子工艺高度兼容，是研发新一代高集成度、低功耗铁电存储器的重要材料体系。然而，氧化铪的铁电性源于正交亚稳相，该相合成条件严苛。相比之下，氧化铪的稳定物相为单斜相，但单斜物相无铁电性。

研究团队提出了构筑(HfO₂)₁/(CeO₂)₁超晶格，在单斜氧化铪中引入铁电性的学术思想。对称性分析表明，氧化铪单斜相中的铪离子呈现出反铁电位移，沿(001)或(100)晶面交替排布；通过构筑短程有序超晶格，可将杂化非常规铁电性引入氧化铪单斜物相中。研究团队进一步借助第一性原理计算，设计出(HfO₂)₁/(CeO₂)₁铁电超晶格材料，其铁电极化强度高于25μC/cm²、极化翻转势垒可低至2.5  meV/原子。

吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室赵宏健教授为本文第一作者，王彦超教授和马琰铭教授为本文通讯作者。该工作得到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助，并得到小米青年学者项目的大力支持。