本报讯（记者王敏）近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队教授何力新、博士生庞鸿升提出了广义纽曼定理（Neumann定理），统一解释了传统铁电与新近发现的分数量子铁电，修正了长期以来铁电材料研究的经典理论。这一成果为理解和调控铁电性质提供了全新思路。相关研究成果发表于《物理评论快报》。

铁电作为一种基本的物理效应，长期以来备受学术界与产业界的高度关注。在铁电研究中，纽曼定理被视为判定铁电性的基本准则而写入教科书。然而，近年来科学家在一些晶体中发现了一类全新的铁电现象——分数量子铁电，与经典纽曼定理的结论相矛盾。

传统的纽曼定理判断晶体是否允许出现铁电极化的数学形式为Rp=p，其中R表示晶体的对称操作，p表示电极化。按照这一关系，只有当电极化在晶体所有对称操作下保持不变时，铁电性才可能存在。这一定理长期以来被视为铁电性的基本原则。研究人员提出了广义纽曼定理，其数学形式为Rp=p+Q，其中Q是整数量子的电极化。当Q=0时，这一定理退化为传统形式；而在更一般的情形下，它能够自然解释分数量子铁电性的存在。

基于这一定理，研究人员系统分析了全部32个晶体点群，找到了所有可能存在的分数量子铁电形式，并通过高通量计算，发现大量此前被认为不可能出现铁电行为的材料，其实都允许铁电极化的存在。更重要的是，其中许多材料的极化不仅存在，而且能够翻转，具有潜在的实际应用价值。

研究人员介绍，广义纽曼定理为传统铁电与分数量子铁电建立了统一的理论框架，不仅为分数量子铁电的起源提供了简洁、清晰的物理图像，也奠定了坚实的理论基础，有望改写铁电研究教科书。分数量子铁电性为铁电家族开启了新篇章，具有广阔的探索前景和巨大的应用潜力。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/trhd-kxm1