长久以来，铁电性和金属性被认为不可能共存，例如，目前几乎所有的铁电材料都是绝缘体。这是由于在经典物理中，导体中的自由电子会完全屏蔽电偶极矩，从而无法形成长程铁电序。然而，1965年P. W. Anderson和E. I. Blount提出了“铁电金属”这一概念，他们预测在某些特殊材料体系中，铁电性和金属性可以共存。但半个多世纪以来，一直没有发现此类材料。直到2013年，研究人员在三维导电材料LiOsO₃中发现了由Li离子偏移引起的（类）铁电相变（相变温度在140 K附近）。由于随着维度的降低，长程铁电序会被进一步压制，二维铁电金属是否存在是一个未知。

中科院宁波材料所/中科院磁性材料与器件重点实验室的研究人员长期致力于人工量子材料异质界面的研究。最近，他们与美国的研究人员合作，成功制备了室温（300 K）二维铁电金属BaTiO₃/SrTiO₃/LaTiO₃。他们利用原子级精度的激光分子束外延技术沉积了高质量的“三色”稀土钛酸盐超晶格（图1），实现了界面二维电子气的铁电极化，以及电荷、轨道、铁电极化的周期性调控。本工作不但实现了人工室温二维铁电金属，更为设计具有铁电、铁磁和超导三相共存的二维量子材料提供了思路。该研究工作于2018年4月18日以“Artificial two-dimensional polar metal at room temperature”为题发表在Nature Communication（DOI:10.1038/s41467-018-03964-9）上。

图1 (a)ABO3钙钛矿晶格中B位阳离子（钛）和阴离子（氧）偏离中心位置引起的电偶极矩，(b) BaTiO₃/SrTiO₃/LaTiO₃异质结示意图，(c) BaTiO₃/SrTiO₃/LaTiO₃超晶格原子分辨扫描透射电子显微镜照片

该工作得到了中科院“百人计划”和宁波市“3315创新团队”的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-03964-9

（磁材事业部 宋洋）