本网讯（国际有序物质科学研究院）近日，南昌大学国际有序物质科学研究院杨陈凯、艾勇教授等，在分子铁电材料相变调控研究方面取得重要进展。研究团队发现，水分子能够触发杂化铜碘化物Gua3Cu2I5（Gua+ = CN3H6+）发生多米诺相变，实现从非极性β相到极性铁电α相的非热平衡转化。相关成果以“Water-triggered domino-like phase transition in a molecular ferroelectric”为题发表于《先进材料》（Advanced Materials）上，杨陈凯教授为文章第一作者兼共同通讯作者。

多米诺相变是指由局部刺激引发，并在晶体内部像“推倒骨牌”一样自发传播的链式结构转变过程。与普通热相变不同，多米诺相变往往不需要整个晶体同时升温或降温，而是由局部接触、界面扰动或外界环境诱导相界面向前推进，因此具有方向性强、传播速度快和响应放大的特点。对于分子晶体而言，其结构中常存在弱相互作用、可转动有机组分以及可重构的无机骨架，这为多米诺相变的发生提供了结构基础。然而，以往相关研究主要关注相变过程中的发光或非线性光学响应，其能否进一步与铁电性耦合，仍是一个值得探索的问题。

图1. Gua3Cu2I5的水触发多米诺相变机制。图中展示了水诱导表面固–液–固转化示意图、[Cu2I5]3-无机骨架重构以及块体α/β相界面随时间推进的过程。

本研究以杂化铜碘化物Gua3Cu2I5为对象，发现水分子能够触发非极性β相向极性铁电α相的多米诺相变。该材料的相变与[Cu2I5]3-无机骨架重构密切相关，如图1右上所示，常规热循环会使α相转变为β相，降温后难以直接恢复到原有极性结构；而在含水环境中，水分子首先诱导β相表面发生局部溶解与再结晶，生成α相区域，并由此启动块体内部沿α/β相界面快速推进的链式相变（图1左上）。图1下方的时间分辨荧光成像直观记录了这一相界面随时间迁移的过程，呈现出典型的多米诺式传播特征。转变后的α-Gua3Cu2I5为极性铁电相，说明该过程不仅实现了晶体结构的非热平衡转化，也实现了铁电相的有效写入。第一性原理计算进一步表明，水分子能够降低Cu–I键重构过程的能量代价，从微观层面解释了其促进相变的关键作用。

该研究揭示了水分子在分子铁电相变中“主动介导”而非“被动环境”的新角色，提出了“水触发表面固-液-固转化—体相多米诺式传播—铁电相写入”的层级相变机制，首次将水介导的非热平衡相变、多米诺式结构传播与分子铁电功能紧密耦合，为获得热平衡路径难以到达的极性相提供了新方法。分子铁电体的相变主要由温度驱动，通过改变晶体结构中分子的取向而诱导发生，该工作也为分子铁电材料的相变调控提供了新的研究范式。

文章链接：http://doi.org/10.1002/adma.73776

审核：许航、涂金凤、朱文芳、徐翰