日前，江西理工大学国际创新研究院缪乐平博士联合东南大学在Nature Communications（Nature子刊，影响因子14.7）上发表了题为“Noncollinear ferroelectric and screw-type antiferroelectric phases in a metal-free hybrid molecular crystal”的研究文章。江西理工大学无序物质科学研究中心缪乐平博士为第一通讯作者，我校是论文第一完成单位。

图1. 晶体结构和非共线铁电

铁电材料能实现多种物理信号之间的相互转换，具备传感、控制、驱动等功能，已广泛应用于红外传感、驱动器、光电转换、光电探测等领域。因此，发现新颖的铁电机理具有重要的科学意义。非共线铁电材料的研究处于初级阶段，因为铁电体/反铁电体中的电偶极子通常采取线性的平行/反平行排列，尤其在杂化分子铁电体系，尚未有非共线铁电性报道。

图2.铁电-反铁电性和非共线电极化结构起源

本研究基于有机-无机杂化分子材料丰富的结构自由度，设计了杂化分子晶体(DABCO)₂BrClO₄，其含有层状排列的偶极Br···[H₂Dabco]氢键链。研究表明，弱相互作用的Br···[H₂Dabco]可以形成取向不同的氢键层。在室温时，只出现互为60°扭转角的两种氢键层，晶体表现铁电的自发极化（图1）。而在较高温度时，Br···[H₂Dabco]氢键层形成互为60°扭转角的六种取向，自发极化消失，但在电场下转化为只有两种偶极方向的氢键链，表现为反铁电 （图2）。不同于通常的铁电体和反铁电体，该分子晶体的铁电相和反铁电相中的偶极子是非共线的。这种新颖的电极化开关模式导致低的郊顽场，在信息存储器件领域显示应用潜力，也为寻找丰富的非共线极化提供了有效途径。

论文信息：Nat. Commun. 15, 10262, (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54596-1.