本网讯（通讯员 许云丽 许青） 近日，国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了我校数理学院湖北省弱磁探测工程技术研究中心作为第一署名单位完成的题为“Two-dimensional Topological Ferroelectric Metal with Giant Shift Current”（具有巨大位移电流响应的二维拓扑铁电金属）的最新研究成果（详见：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.186801）。该文章同时被选为编辑推荐亮点论文报道（只有1/6左右的文章被选中）。

铁电金属的概念最早由安德森和布朗特于1965年在《物理评论快报》上发表的论文中提出。此后，相关的实验和理论研究不断涌现，逐渐成为研究的热点。由于二维材料具有原子级厚度，参与输运的载流子被限制在材料的平面内，面外极化则可以通过垂直平面方向的电场进行调控，使难以兼容的金属性和铁电性有望在二维单层金属中实现完美共存。

▲左图是t- PtBi₂块体的晶体结构，d₀表示平衡时层间间距。右图是与石墨和Ca₂N相比，计算的剥离能与间距之间的关系。

我校数理学院湖北省弱磁探测工程技术研究中心杨柳博士与北京理工大学姚裕贵教授团队、华中科技大学吴梦昊教授团队合作，从理论上预言了单层PtBi₂是本征二维拓扑铁电金属的理想候选者。单层PtBi₂对应的范德华层状体相为t- PtBi₂。已有实验表明t- PtBi₂的块材、表面及薄层在低温下均表现 出超 导 性。计算结果显示单层PtBi   ₂ 拥有显著的自发极化、适中的翻转势垒和剥离能，这 些特性为其在实验上的制备及铁电性的验证提供了有力支持。

▲左图为铁电金属PtBi₂单层与光致位移电流(shift current)示意图。右图为单层PtBi₂的位移电流电导率与其它二维/三维铁电材料的比较。

该研究还指出单层PtBi₂拥有Z₂拓扑数等于1的非平庸电子能带结构，这一特性赋予其前所未有的巨大铁电体光伏效应，为发展高效光电器件提供了新的载体。与基于p-n结的传统光伏器件相比，体光伏效应的能量转换效率不受到肖克利-奎瑟极限的限制，为光能向电能的转换提供了一种新的途径。此外，铁电性、金属性和拓扑特性相互交织，使二维拓扑铁电金属可展现更多新奇的物性，这为今后的研究提供了广阔的空间。

《物理评论快报》是世界上最权威、最具影响力的物理学期刊，致力于发布领先的物理研究成果，并对全球科学社群起着重要的引领作用，其ESI总引用排名长期位于物理学学科第一名。据统计，在所有获得诺贝尔物理学奖的成果中，相关论文有28.5%首先发表于《物理评论快报》，这一比例远超Science和Nature（详见：https://doi.org/10.1007/s11192-019-03312-8）。该研究成果在《物理评论快报》上的成功发表，必将进一步推动我校物理学及其相关学科的发展。

该文由我校湖北省弱磁探测工程技术研究中心杨柳博士与北京理工大学姚裕贵教授团队、华中科技大学吴梦昊教授团队合作完成，杨柳博士为该论文的第一作者，北京理工大学的博士后黎磊为该论文的共同第一作者。黎磊博士、吴梦昊教授、姚裕贵教授为该论文的共同通讯作者。杨柳博士主要研究方向为铁电/多铁材料理论设计及其在信息和能源存储方面的应用，截至目前，已以第一作者身份在Physical Review Letters（2篇）、Physical Review B、Advanced Functional Materials和Nanotechnology等国际学术期刊发表研究论文多篇。

上述工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。