Multichannel Control of Multiferroicity in Single-Component Homochiral Organic Crystals

铁电性 化学 聚偏氟乙烯 电场 铁弹性 极化(电化学) 多铁性 凝聚态物理 光电子学 材料科学 聚合物 电介质 有机化学 量子力学 物理 物理化学
作者
Wei‐Qiang Liao,Yu‐Ling Zeng,Yuan‐Yuan Tang,Hang Peng,Jun‐Chao Liu,Ren‐Gen Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (51): 21685-21693 被引量:72
标识
DOI:10.1021/jacs.1c11000
摘要

A ferroelectric/ferroelastic is a material whose spontaneous polarization/strain can be switched by applying an external electric field/mechanical stress. However, the optical control of spontaneous polarization/strain remains relatively unexplored in crystalline materials, although photoirradiation stands out as a nondestructive, noncontact, and remote-controlled stimulus beyond stress or electric field. Here, we present two new organic single-component homochiral photochromic multiferroics, (R)- and (S)-N-3,5-di-tert-butylsalicylidene-1–4-bromophenylethylamine (SA-Ph-Br(R) and SA-Ph-Br(S)), which show a full ferroelectric/ferroelastic phase transition of 222F2 type at 336 K. Under photoirradiation, their spontaneous polarization/strain can be switched quickly within seconds and reversibly between two ferroelectric/ferroelastic phases with the respective enol and trans-keto forms triggered by structural photoisomerizations. In addition, they possess a superior acoustic impedance characteristic with a value of ∼2.42 × 106 kg·s–1·m–2, lower than that of polyvinylidene fluoride (PVDF, (3.69–4.25) × 106 kg·s–1·m–2), which can better match human tissues. This work realizes for the first time that multiple ferroic orders in single-component organic crystals with ultralow acoustic impedance can be simultaneously controlled and coupled by three physical channels (electric, stress, light fields), suggesting their great potential in multichannel data storage, optoelectronics, and related applications compatible with all-organic electronics and human tissues.

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