頭條楓林網據微信公號“科技日報”（ID：kjrbwx）7月14日報道，做B超再也不需要塗上厚厚一層的蓖麻油，柔軟似面板的光電器件，極其微波的納米機器人……這些看似充滿夢幻的想象，卻因世界首例“無金屬鈣鈦礦型鐵電體”材料的問世而變為現實。
7月13日，東南大學熊仁根團隊、遊雨蒙課題組在“分子鐵電材料”領域再次取得重要研究進展，他們相關研究結果以“無金屬三維鈣鈦礦鐵電體”為題在世界頂級學術期刊《Science》（科學）雜誌線上發表。
圖片均來自微信公號“科技日報”
瞭解這項成果之前，我們先要知道什麼是鈣鈦礦、鐵電體和手性。否則，你肯定是一臉懵逼地進來又一臉懵逼地出去。
鈣鈦礦
廣義上的鈣鈦礦是指一類陶瓷氧化物。鈣鈦礦材料結構式一般為ABX3，其中A和B是兩種陽離子，X是陰離子。這種奇特的晶體結構讓它具備了很多獨特的理化性質，比如吸光性、電催化性等等，在化學、物理領域有不小的應用。鈣鈦礦大家族裡現已包括了數百種物質，從導體、半導體到絕緣體，範圍極為廣泛，其中很多是人工合成的。鈣鈦礦如今是光伏電池的新寵，有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率超過20%。
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在大自然中，常見的鈣鈦礦材料主要有兩種：無機鈣鈦礦和有機-無機雜化鈣鈦礦。但是，這兩類鈣鈦礦材料均含有金屬元素，這就加大了其加工、製備的困難，而且加工出來的材料柔韌性較差，某些金屬元素（比如鉛）更是會造成嚴重的環境汙染。
鐵電體
鐵電體是一種對外界電刺激具有一定“記憶性”的材料，其實這類材料中並不含有鐵，只是具有鐵電性。而鐵電性一詞來源於鐵磁性，這裡的“鐵”與鋼鐵中的鐵完全沒有關係，是指自發磁化或自發極化。人們發現，鐵電體的電滯回線和磁滯回線相似，於是就命名為鐵電性。
近年來，鐵電體的應用前景愈發看好，比如鐵電儲存，傳統的儲存介質比如磁碟、磁卡等，如果暴露在強磁場中，就會失效，而鐵電儲存則沒有這個問題。它還可用於圖象顯示，目前已經研製出一些透明鐵電陶瓷器件，如顯示器件、光閥，全息照相器件等，就是利用外加電場使鐵電疇作一定的取向。總之，在光電領域，鐵電體是一類新興的“潛力股”。
手性
所謂的手性就是指一個物體不能與其映象相重合，兩者無比相似，卻永遠無法重合，甚至可能有著不一樣的性格和認知。比如我們的雙手，左手與互成映象的右手不重合。還有許多自然界存在的化合物分子，原子組成相同，兩個分子結構從平面上沒有什麼不同。但在空間立體結構上稍有變化，在生理、藥理活性上就有可能天差地別，甚至是左旋分子能治病，右旋分子就有可能致命。
手性可謂是大自然設計出的一個高明的“密碼開關”，在自然界的各個方面，尤其是物理和化學中，都廣泛地存在著許多對稱的概念：帶負電的電子與帶正電的反電子，磁場的南極和北極，以及化學中的分解和化合反應。就連遙遠的河外星系也存在著正旋和逆旋的旋渦結構。楊振寧先生和李政道先生1957年獲得諾貝爾獎的成果，就與手性相關。
現在我們已經知道，鈣鈦礦材料應用非常普遍，從日常用品打火機到太空梭等先進裝置都需要用到這類材料。但是這兩類鈣鈦礦材料均帶有金屬元素，有著天然的缺陷。多年來，人們一直在尋找鈣鈦礦家族中的第三類——全有機鈣鈦礦材料，即無金屬鈣鈦礦。
“讓鈣鈦礦材料脫掉金屬的‘緊箍咒’，換來的是一種更寶貴的自由。” 東南大學遊雨蒙教授介紹，當材料中所有的金屬陽離子都被分子所代替後，材料不但會展現出某些“神奇”的性質，同時其製備加工難度也會大大降低，更加適應新時期對材料的薄膜、柔性、生物相容等方面的要求。
早在2002年，國際頂級學術期刊《Science》就曾預言，無金屬鈣鈦礦材料的種種新奇特性。其中，明確提出了利用手性分子組裝具有手性對映體的無金屬鈣鈦礦材料。但是，世界各國科學家苦苦研究了幾十年，也沒能取得突破。
東南大學的科研團隊，巧妙地利用動態的晶體工程及極富創意性的“似球非球”設計理論，使帶電分子集團取代無機離子，成功地製備出了一大類共計23種全有機新型鈣鈦礦材料。其中，共有17種材料顯示出了良好的鐵電性。同時，與無機鈣鈦礦鐵電體類似，這類新型無金屬鈣鈦礦鐵電體也具有多重極化軸，由此也帶來了巨大的薄膜應用潛力。
更值得一提的是，團隊合成了4種材料的左手對映體、右手對映體及外消旋化合物，並分別證明瞭它們的鐵電性。在歷史上，像這樣左手性、右手性和無手性的化合物同時具有鐵電性的例子從未有過報道。結合全有機鈣鈦礦材料多變的結構和組分、獨特的鐵電性質以及手性對映體對於光的不同，這類材料也將在資料儲存、邏輯運算、光量子通訊、光學雷達、能源轉換等應用中嶄露頭角。
這一研究成果被《科學》發表，不但將十餘年前的預言變成了現實，為鈣鈦礦這一重要的材料家族增添了新的成員，同時也為鐵電材料的研究帶來了新的思路和方向，更是標誌著我國在分子材料領域又一次走在了世界前列。