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Angew. Chem. :首例含铬(Ⅱ)的二维有机-无机杂化钙钛矿多铁材料

就目前的多铁领域的发展趋势而言,多铁材料通常是指同时具备铁磁性和铁电性的材料,在新型材料器件领域有着广泛的应用前景,如信息存储器件、自旋电子器件、磁电传感器、记忆元器件、红外探测器、表面声波器传感器等。


尽管目前含铬(Ⅱ)的有机-无机杂化多铁材料已有理论预测报道,但是其多铁性质从没有被其他课题组证实,这一研究领域长期以来没有受到关注,主要是因为二价铬的化合物在大气环境中不稳定、难以制备。但是,二价铬离子在有机-无机杂化材料中,其部分填充d4轨道电子能产生较大磁矩,有利于铁磁性的产生,其晶体结构对铁电、铁磁等性能的作用机制有待于深入地探索。



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近日,南昌大学的艾勇教授、熊仁根教授与北京大学的王哲明教授、高松院士合作,成功地合成了首例含铬(Ⅱ)的二维有机-无机杂化钙钛矿多铁材料,即[DFCBA]2CrCl4(DFCBA:3,3-二氟环丁胺阳离子)。这一工作中,在严格的无水无氧条件下,通过缓慢挥发无水乙醇溶剂,可以得到片状二维Cr2+基多铁材料[DFCBA]2CrCl4晶体。研究表明,在387 K的温度下,CrCl6八面体的几何构型变化和[DFCBA]+的有序-无序运动触发了[DFCBA]2CrCl4的顺电-铁电转变,属于4/mmmFm型铁电相变,表现出多极轴铁电性,饱和极化值为2.1 μC/cm2,高于金属-甲酸类杂化钙钛矿多铁材料,如[(CH3)2NH2][Mn(HCOO)3] (0.55 μC/cm2)。无机阴离子层中CrCl6八面体共边连接,Cr2+离子之间的铁磁耦合使其在居里温度32.6 K下变为铁磁体。作为首例二维Cr2+基有机-无机杂化多铁材料,[DFCBA]2CrCl4的发现表明了Cr2+基有机-无机杂化钙钛矿在未来多功能智能设备中探索多铁材料的潜力。

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文信息

Unprecedented Ferroelectricity and Ferromagnetism in a Cr2+-based Two-Dimensional Hybrid Perovskite

Yong Ai, Rong Sun, Wei-Qiang Liao, Xian-Jiang Song, Yuan-Yuan Tang, Bing-Wu Wang, Zhe-Ming Wang, Song Gao and Ren-Gen Xiong


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202206034




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