【量子材料：分数量子铁电的颠覆性发现】
    在物理学领域，对称性原则占据着核心地位，而诺伊曼原理更是揭示了晶体物理性质与点群对称性的密切关联。然而，近期的研究突破了这一传统认知的边界，在单层α-In2Se3等二维材料中发现了违背诺伊曼原理的“分数量子铁电”现象。
    对称性破缺是铁电体自发极化产生的基础，一般认为铁电体必须属于10个特定的极性点群。然而，在非极性点群C3v的单层α-In2Se3中，理论计算和实验观测均揭示其存在面内及面外的铁电极化分量，这与诺伊曼原理所预言的该体系无法拥有非零极化形成了鲜明对比。
    为了理解这一矛盾现象，研究团队创新性地提出了“分数量子铁电”的概念。不同于常规铁电体中的离子位移导致整数倍晶格矢量大小的极化变化，分数量子铁电体中离子的位移仅是晶格矢量的分数倍，这样的位移前后结构具有相同的对称性，但产生的极化差却无法在原有的对称操作下保持不变。这意味着，在28种可能的点群中，包括10个极性点群和18个非极性点群，都可能存在分数量子铁电现象。
    以单层α-In2Se3为例，其三重旋转轴下的离子位移虽看似违反了诺伊曼原理，实则是分数量子铁电效应的体现。此外，研究还发现非极性点群Td体系如AgBr也可能展现出分数量子铁电特性，进一步拓宽了我们对铁电材料的认识范畴。
    这项研究成果不仅深化了对铁电性和对称性关系的理解，更揭示了一类全新的铁电材料家族，为探索新型功能材料及其潜在应用开辟了新路径。近日，复旦大学徐长松、向红军课题组在《Nature Communications》上发表论文[Junyi Ji et al, Fractional quantum ferroelectricity, Nature Communi. 15, 135 (2024)]，详尽阐述了分数量子铁电的理论框架和实验验证，展现了这一领域的重大突破。