最も等価な分極方向を持つ単一成分有機強誘電体の6倍の頂点

Six-Fold Vertices in a Single-Component Organic Ferroelectric with Most Equivalent Polarization Directions.

• Yong Ai
• Yu-Ling Zeng
• Wen-Hui He
• Xue-Qin Huang
• Yuan-Yuan Tang

抄録

強誘電体中の渦などのトポロジカル欠陥は、ユニークな物理現象の可能性やナノエレクトロニクスデバイスへの応用が期待されており、大きな関心を集めています。しかし、機械的な柔軟性、加工の容易さ、環境に優しいこと、音響インピーダンスが低いことなどの理由から、有機強誘電体では渦構造の報告はほとんどありませんでした。今回、私たちは、単成分有機強誘電体である2-(ヒドロキシメチル)-2-ニトロ-1,3-プロパンジオール( )において、6重の頂点ドメイン構造を形成しうる6個の強固な三角ドメインを観測することに成功しました。このような興味深いトポロジカルな渦が強誘電体の中で実験的に確認されたのは、私たちの知る限りでは初めてのことです。さらに、3F1という会津表記の対称性の変化により、強誘電体の中で最も結晶学的に等価な48の分極方向が得られることがわかりました。これらの利点と優れた圧電特性により、本化合物は、ソフトロボティクス、フレキシブルデバイス、ウェアラブルデバイス、バイオマシンなどの再構成可能な電子素子や機械センサーとして大きな可能性を秘めています。

Topological defects such as vortices in ferroelectric materials are attracting tremendous interest because of their splendid possibilities for unique physical phenomena and potential applications in nanoelectronic devices. However, reports of the vortex structure have been scarce in organic ferroelectrics, which are highly desirable for their mechanical flexibility, easy and environment-friendly processing, and low acoustical impedance. Here, we successfully observed the robust triangular domains in a single-component organic ferroelectric, 2-(hydroxymethyl)-2-nitro-1,3-propanediol (), six of which can form a six-fold vertex domain structure. To our knowledge, it is the first time that such an intriguing topological vortex gets experimentally confirmed in ferroelectrics. Moreover, the symmetry change of with an Aizu notation of 3F1 leads to the most 48 crystallographically equivalent polarization directions among all ferroelectrics. With those benefits and excellent piezoelectric properties, compound shows great potential as a reconfigurable electronic element or a mechanical sensor for soft robotics, flexible and wearable devices, and bio-machines.