材料科学：単一元素ビスマス単層膜における二次元強誘電性

強誘電材料は、自発的反転対称性の破れによって誘起される電気分極を不揮発的に切り替えできるという理由から、魅力的である。しかし、従来型の強誘電体化合物では全て、分極切り替えを担うのに、少なくとも2種類の構成イオンが必要である。今回我々は、副格子間で秩序的な電荷移動と規則的な原子ひずみが同時に生じる黒リン型ビスマス（Bi）層において、単一元素の強誘電状態を観測したことを報告する。我々は、黒リン型Bi単層膜中のBi原子が、単体において通常生じる均一な軌道配置ではなく、弱い異方的なsp軌道混成を維持しており、単位胞内の電荷再分配を伴う反転対称性の破れた座屈構造が生じていることを見いだした。その結果、Bi単層膜に面内電気分極が出現する。走査型プローブ顕微鏡によって誘起される面内電場を用いて、強誘電性の切り替えが実験的にも可視化された。また我々は、電荷移動と原子変位の共役ロッキングに起因して、電子構造と電気分極の競合によって誘起される、分極のプラス面同士が接する（tail-to-tail）180°ドメイン壁において異常な電位プロファイルも観測した。このような創発的な単一元素強誘電性は、強誘電体の機構を拡大し、将来の強誘電体の応用を豊かにする可能性がある。

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