近期，吉林大学未来科学国际合作联合实验室、物理学院科研团队在Physical Review Letters上发表题为“Creating Ferroelectricity in Monoclinic (HfO₂)₁/(CeO₂)₁ Superlattices”的研究工作，该工作在铪基铁电超晶格材料设计方面取得进展。

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（图一）；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（图一）。

图一：氧化铪单斜相中铪离子的反铁电位移（左）；(HfO₂)₁/(CeO₂)₁超晶格中的杂化非常规铁电性（右）

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25 μC/cm²、极化翻转势垒可低至2.5 meV/原子。

相关的研究成果近期发表在Phys. Rev. Lett.上，文章第一作者为吉林大学赵宏健教授，通讯作者为吉林大学王彦超教授和马琰铭院士。该工作得到了国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助，并得到了小米青年学者项目支持。

全文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.256801