铁电材料是一类古老的材料，它于1920年由法国人Valasek首次在罗息盐(酒石酸钾钠)中被发现，后由朗道等人从理论上进行了深刻的解释。该类材料也曾多次斩获诺贝尔奖项，在电子通讯、信息存储、光电探测等都有着广泛的应用，其重要性不言而喻。尽管铁电材料的发现距今已俞百年，但对铁电材料的研究从未停下过脚步；现已发展出机柔性铁电体、半导体铁电、金属铁电、铁电负电容效应、二维铁电体、铁电人工突触等繁多的子课题。
浙江师范大学化学院于8月4日在《Nature Materials》期刊上发表了一篇名为《Direct observation of geometric and sliding ferroelectricity in an amphidynamic crystal》首次在实验中观测到了二维滑移铁电的直接证据，并从理论上验证了这一实验结果的准确性，填补了国际上对二维铁电研究的空白。团队选择了 (15-冠醚-5)Cd3Cl6单晶(简写为CCC)作为实验研究对象。
CCC在不同温度下存在着两种相结构，当温度高于320 K时，表现为高温相(HTP)，其空间群为P21/n，其结构为中心对称结构，无极化；当温度低于320 K时，为低温相(LTP)，其空间群为P21.为检测CCC的机械性能，固态核磁共振波谱被用于探测其Hz-MHz频段的分子运动状态，其中13C信号如图1(f)所示，只有一个70.7 ppm频段的峰被观测到。且随着温度的升高，信号逐渐变窄，这表明，CCC的分子运动能力随着温度的升高而逐渐升高。
CCC中13C的化学位移各向异性(CSA)也被测定，如图1(g)所示，当温度低于为300 K时，CCC为LHP态，其图像显示为一种复杂的不对称张量线形，这表明CCC的流动性十分受限，与之相反的，当温度达到330 K时，图像表现出典型的轴对称张量的典型特征，σ11 = σ22 ≠ σ33，这表明冠醚在接近轴向旋转时经历了受限的各向异性运动。这证明了 CCC表现处两性晶体的特征。
铁电畴则是铁电材料另一个十分重要的属性，为验证铁电畴的翻转和保持性能，压电力显微镜被应用起来(PFM)。如图3(a)所示为(010)取向的形貌图，图3(b)(c)为相位图，能清晰的观测到畴壁的存在，这些发现为强烈的垂直压电响应和可忽略的横向压电响应提供了证据，这也证明CCC的铁电极化只沿着b轴方向。进一步，作者研究了畴壁的可翻转性。通过对局部施加电压，写畴后，被施加电压的部分发生了相位翻转，这也证明了畴壁的可翻转性，如图3(d-f)所示。
以上实验均证实了CCC材料具有沿b轴方向的铁电性，但实验测量的结果略大于理论极化值，这意味着存在某种非本征铁电极化，这种非本征的铁电极化在二维材料中经常以滑移铁电的形式出现。通过监测离子位置可以明确证明 CCC 中存在滑动铁电性，由单晶 X 射线衍射测量和 DFT 结构弛豫分析CCC的HTP和LTP结构确实揭示了层间滑动的存在。如图4(a)所示，以冠醚中的镉离子为指示，根据实验的 HTP 和 LTP 结构，平面中的相对滑动距离为 0.30 Å。这与第一性原理计算提出的0.63 Å较为接近，如此大的滑移程度，足以引起可观测的滑移铁电极化。
上文中，作者利用第一性原理计算，成功解释了CCC滑移铁电的起源，事实上，随着现代科学研究的不断深入，人们对物质背后的微观机理越来越关注，特别在物理学、化学、材料学领域。第一性原理研究对此具有天然的优势，它通过量子力学的底层逻辑，借助密度泛函理论，仅依赖少量客观参数(如光速、普朗克常数、元电荷电荷量等)就可以预测出晶体的结构、理化性质等，是科研工作者们手中的利器。
本次我们就将借助MatCloud+平台，以二维材料GeSe为例学习如何做结构弛豫。
首先，创建如图a所示的工作流。
之后在“通用导入组件”中导入我们计算所需的H吸附GeSe的晶体，如图b所示。
为了获得更加准确的结构优化数据，通常我们还需要进行更精细的结构优化，因此在“精细结构优化”这一栏中，我们需要提高优化参数，如图d所示，在“Geometry Optimization”栏中将Force修改为0.01，提高力收敛精度。
在“SCF”中将“SCF Tolerance”设置为0.00001即10-5，将“SCF K-Points”设置为“Monkhorst-Pack mesh”，并将abc分别设置为10 10 1，由于GeSe为二维材料，所以在c方向只需要取一个点。
完成设置后，保存并退出，然后点击提交即可交给计算机自动计算了。通过以上操作后，我们可以很直观的感受到MatCloud+平台的便利性。当下平台在做优惠活动，注册即送机时，欢迎各位体验试用。
