近日，武汉大学物理科学与技术学院张晨栋课题组、何军课题组联合中国人民大学研究人员组成团队，在单原子极限尺度下的多铁物态研究领域取得新进展。相关成果以“Evidences of Ferroelectricity in an Antiferromagnetic Vanadium Trichloride Monolayer”为题，发表于国际权威学术期刊《科学进展》（Science Advances）。

武汉大学物理科学与技术学院为该论文的第一署名单位。张晨栋课题组2021级博士生邓京昊，中国人民大学郭的坪博士，以及武汉大学物理学院文耀副研究员、卢双赞博士为文章共同第一作者。

在凝聚态物理领域，多模态极化序的共存与耦合是许多重要功能物性的基础。随着“原子制造”概念的兴起，单原子尺度下是否能实现多极化序的共存，成为未知且亟待回答的基础科学问题；而其进一步相互耦合的探索，也是开发新型功能器件的关键路径。近年来尽管领域内开展了大量理论和实验研究，但对于这一基础而重要的问题依然未有得到确切答案。

合作团队通过新奇界面调控机制，在单原子层 VCl3中对这一关键科学问题取得了重要进展。他们基于超高真空外延、扫描隧道显微镜/谱、振动样品磁强计等技术，构建了单层VCl3与NbSe2的异质界面，证实了单层VCl3中可翻转的面内铁电性，及其和倾斜双条纹反铁磁基态的共存。研究进一步揭示，界面处 Cl-Se 相互作用具有指向性和均匀性，这是打破VCl3面内C3旋转对称性和面外反演对称性的关键机制，同时指出自旋序和电极化序之间通过晶格轨道序存在不可忽视的间接耦合。这一新奇的界面原子制造机制在VCl3 -石墨烯的对照实验和第一性原理计算中得到充分验证，凸显了范德华界面在晶格对称性和相关量子物态调控上的作用。这一成果不仅为单原子尺度多铁性材料的研究奠定了基础，也为通过界面工程调控极化开辟了新的途径，有望推动新型多功能器件的开发。

该研究得到国家自然科学基金、武汉市重点研发计划、科技部重点研发项目等的基金资助。武汉大学科研公共服务平台为此工作的开展提供了有力的支持。