手性碲中隐藏的整数量子铁电性

铁电性是功能材料研究的基石，使从非易失性存储到光电子学的多种技术成为可能。近期提出并实验证明了不受对称性约束的I型整数量子铁电性（IQFE）；然而，由于它源于整数晶格矢量的离子位移，初始态和终态在宏观上不可区分，因此物理性质保持不变。在这里，我们首次提出其非平凡对应物（即II型IQFE），其中初始态和终态之间的极化差是量子化的，但宏观性质有所不同。我们进一步证明了体手性碲中II型IQFE的存在。在少层碲中，总极化率保持近乎量子化，由体继承的量子分量和小的表面诱导贡献组成。分子动力学模拟揭示了由降低的能垒驱动的表面引发、逐层切换，解释了为什么在少层碲中实验观察到了铁电性，但在体碲中尚未观察到。有趣的是，体碲中初始态和终态的手性相反，这表明了一种通过电场在手性光子学和非易失性铁电存储器设备中控制结构手性的新方法。