学科交融 助推科技发展

　　依据《国家创新驱动发展战略纲要》提出的科技创新的总体思路、发展目标、主要任务和重大举措，分子铁电体被列为国家在科技创新领域的重点研究内容。而早在2018年，就已经有一篇发表在Science上的科研论文，文章介绍了世界首例无金属钙钛矿铁电体在中国诞生的科研成果，使我国在分子材料领域又一次走在了世界前列。该成果的研究者之一便是南昌大学国际有序物质科学研究院特聘教授汤渊源。

　　汤渊源于2019年获得东南大学材料物理与化学博士学位，并就职于南昌大学。博士期间荣获国际原子力显微技术暨纳米尺度力电及化学耦合高级研讨会Best Poster奖，博士研究生国家奖学金和宝钢优秀学生特等奖等荣誉。2021年入选第六届中国科协青年人才托举工程。他长期围绕分子铁电体研究的关键科学难题展开工作，已经取得一系列突出成果，为我国分子铁电体科研发展做出了重要贡献。

　　学科交叉，探新求变

　　铁电材料是一种具有丰富的电、力、热、光等性质的多功能材料，被广泛应用于非易失性铁电存储器、电容器、红外探测器、压电传感器、声表面波器件、空间光调制器、微驱动器和光波导器件等功能器件中，是国民经济发展和国防建设的重要基础材料之一。分子铁电体研究是一项高度交叉化学、材料、物理等学科的课题，科研难度较高。

　　近年来，在导师熊仁根教授和游雨蒙教授的指导和帮助下，汤渊源不断进行大胆尝试与突破，围绕分子铁电体研究的关键科学难题展开工作。期间，他利用准球型理论、氟代效应和手性引入等分子设计思路，构筑了一系列具有大饱和极化值、大压电响应、高居里温度、多极轴、涡旋畴和超快极化翻转等优异性能的分子铁电体。多个材料的性能已经达到了较高的水平，甚至可以与商业化的无机铁电陶瓷相媲美。

　　据汤渊源介绍，当前占据应用主流的是锆钛酸铅（PZT）等无机铁电陶瓷，这类材料需要高温烧结制备，生产能耗高、成膜成本高、硬度大。而随着现代生活的快速发展低成本、具备柔性和良好的生物兼容性的铁电材料需求越来越大。在这方面，分子铁电体具有独特的优势，如合成简单、易于加工、柔性、轻量、生物相容性好等，有望成为商业化无机铁电体的有益补充。然而，已发现的分子铁电体种类和数目比较少，特别是具有应用价值的材料极少。如何开拓和发现新的特别是具备优异性能的分子铁电体是研究的难点和重点。

　　针对这一关键科学问题，汤渊源进行了长期而深入的研究。一方面，与团队一起利用准球型理论、手性引入等设计策略构筑出世界首例无金属三维钙钛矿铁电体MDABCO-NH4I3，在保有高性能的基础下还能减少重金属污染，这不仅具有重大的学术意义，还有重要的工业与社会价值。该工作发表后被Science以Perspectives的形式进行重点评述同时在“This week in science”栏目专文介绍，还被顶级期刊Nature Reviews Materials选为Research highlights进行重点报道。美国化学会和英国物理学会等主办的新闻网站和国家自然科学基金委网站对此亦进行了长篇重点报道。以此工作为载体的项目成功入选2018年度“中国高等学校十大科技进展”。

　　另一方面，通过氟代效应，汤渊源和团队设计了一系列的分子铁电体，包括第一例具有准同型相界的分子钙钛矿铁电固溶体，其压电性能媲美于商业化的无机铁电陶瓷。这一发现可以称为是分子铁电压电体领域颠覆性的技术，为分子铁电压电材料的科学与应用打开了广阔空间。工作成果发表在Science上之后被国家自然科学基金委网站报道。结合准球型理论和氟代效应，汤渊源和团队构筑了一例有机-无机杂化钙钛矿铁电体(4,4-DFPD)2PbI4，首次在杂化钙钛矿铁电体中观测到“涡旋-反涡旋”拓扑畴结构。工作发表后被《美国化学会志》（JACS）选为Spotlight进行重点报道，同时入选“ACS Editors’ Choice”（ACS Editors’ Choice入选率低于1%）。

　　汤渊源还发现了一系列的多极轴分子铁电体，推动分子铁电体在多晶状态的薄膜和粉末下应用。其中单组分分子铁电体三羟甲基硝基甲烷在铁电相时一共具有48个等价的极化方向，这是所有铁电体中可以具备的晶体学上所允许的最多的极化方向。利用压电力显微镜，在[Hdabco]ClO4和高铼酸奎宁环分子铁电薄膜中清楚地观察到180°和非180°铁电畴的共存和翻转，验证了它们的多极轴特性和极化旋转。另外，多极轴电体[Hdabco]ReO4具有当时所有报道的分子铁电体中最高的居里温度499.6K和最快的极化翻转速率100kHz，是下一代柔性电子产品中铁电存储应用的合适候选者。

　　因此，利用不同的化学设计策略，构筑了非常多具备优秀铁电压电性能的分子铁电体，从以往的盲目搜索转变成现在的精准设计，不仅节省了大量时间，而且将分子铁电体的性能提升到与商业化无机铁电陶瓷相媲美的程度，为分子铁电体的实际应用起到积极的推动作用。

　　创造价值，推动发展

　　科研成果的价值就是能够更好地推动社会发展，分子铁电体的研究不仅学术价值极高，应用潜力更是巨大。汤渊源和团队关于世界首例无金属三维钙钛矿铁电体的成功构筑，具备与无机铁电体钛酸钡相比肩的铁电性，而在保有高性能的基础下还能够减少重金属污染，这不仅具有重大的学术意义，还有重要的工业与社会价值。合成具有大压电响应的分子钙钛矿铁电固溶体，为高压电性分子铁电体的构筑提供了有效策略，在压电性能上达到了商业化无机铁电体的水平，在新一代柔性可穿戴压电器件领域有巨大的应用前景。一系列多极轴分子铁电体的设计使其能够应用于多晶态的薄膜和粉末，相对于单晶具有成本低廉、制备简单、形状可调等优点，推动分子铁电体的实际应用。这些成果的取得，不仅能够大力推动我国分子铁电体的发展，更能为新一代柔性铁电功能器件在国民经济和国防建设中的未来应用提供坚实的理论和材料基础，对促进国民经济发展具有重要意义。

　　汤渊源这位年轻的科研工作者感到重担在肩，唯有脚踏实地，以导师熊仁根教授无惧无畏的科研精神为榜样，才能继续开拓前行，攀登更加险峻的高峰，创造更大的人生价值。