高斯定理指出：静电平衡时，由于有效电荷的屏蔽作用，导体内部的电场强度为零。因此，金属内部的自由电荷可以消除因非对称电荷分布产生的偶极子；而绝缘体和半导体不能消除非对称场的作用，从而发生极化，宏观表现为极性，例如铁电材料。常识告诉我们，自然界中不会存在一种具有类铁电相的金属材料。 

　　然而，早在50多年前，科学家提出猜测：可能存在具有类铁电相的金属材料。之后的报道零星点点，鲜有突出进展。直到2014年，设计极性金属的理论原则被提出，该原则表明，设计金属材料的关键在于保证电偶极子的形成对金属自由电子的运动没有影响。 

　　近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校C. B. Eom研究团队利用量子力学和实验，基于几何设计稳定性思想，在原子尺度利用反转保留位移的操控方法，在NdNiO₃（一种钙钛矿结构晶体）薄膜上，制备出了室温下可稳定存在的极性金属。研究人员表示，这种几何稳定的方法将为实现新的具有不寻常性能的多功能材料提供一条全新的研究思路，为下一代同时具有光电磁功能的器件研究铺就了道路。相关研究成果“Polar metals by geometric design”发表在5月5日的《自然》期刊上（Nature, 2016, 533, 7601, DOI: 10.1038/nature17628），同期的“News and Views”栏目对这一研究进行了评述（Nature, 2016, DOI: 10.1038/nature17890）。 

　　NdNiO₃(111)薄膜的二阶非线性光学（SHG）偏振测定实验示意图，图来源：Nature 　　

NdNiO₃(111)薄膜的极性位移和金属传导性的并存实验，图来源：Nature 

　　（摘编自 材料牛）