反铁电材料具有较高的能量存储效率和较大的饱和极化强度，近年来开始被认为可以有效地提高电容器、忆阻器和压电设备的灵敏度和效率。然而相比于铁电材料来说，反铁电家族材料依然比较稀缺，尤其是具有原子尺度反铁电畴的材料及其调控还处于初期阶段。近期的研究在实验和理论上揭示了一类亚稳的二维β’-In₂Se₃材料具有室温下稳定的条纹状纳米反铁电畴，首次证实了二维原子级反铁电材料的存在性。超薄的二维结构使二维反铁电材料可以实现超高密度的信息存储和精度控制，从而有望被应用于下一代的场效应晶体管和信息存储器件中。然而，由于二维材料超薄的结构容易受到破坏和污染，同时反铁电材料的净电极化为零，传统的电偏置策略并不直接适用于反铁电材料的极化调控。因此，对二维反铁电材料的极化结构的调控还需要进一步的研究和探索。

最近，西安交通大学材料创新设计中心的周健教授课题组通过结合第一性原理密度泛函理论计算和热力学响应理论，提出近红外光可以有效地诱导二维β’-In₂Se₃的反铁电纳米条纹结构发生相变，并且灵活地操控原子级反铁电条纹的宽度。他们建立了简单模型阐明了β’-In₂Se₃的内能是如何被反铁电条纹间的相互作用和畴壁的密度所调制，并且系统地评估和比较了不同宽度条纹的电子结构和电子贡献的光学响应，揭示了在近红外光波长范围内的光照下，反铁电条纹宽度相异的β’-In₂Se₃具有明显的光学反差，使得条纹宽度不同的β’-In₂Se₃在光照下会发生不同的非线性光力学效应。基于课题组之前建立的光致热力学理论，他们预言了中等强度的近红外光能够诱导反铁电畴纳米条纹结构的重整化。这一发现提供了对二维反铁电材料的一种无接触式相变诱导策略，并且由于光学吸收很弱，可以显著地降低结构相变过程中的产热。他们还推导和阐明了这个二阶非线性光力学过程的微观机制与诱导拉曼散射过程的一致性。此外，他们还预测了在能量大于带隙宽度的光照下，这种纳米条纹的变化可以被条纹宽度分辨的光整流电压所检测。这一发现提供了一种纯光照手段的对反铁电材料相变的诱发、检测方式。

这一工作近期发表于J. Phys. Chem. Lett. 14, 677-684 (2023)上，第一作者是课题组的硕士研究生吴子航同学，该课题组的博士生刘坤同学和穆星池同学也参与了理论讨论和计算准备，周健教授为通讯作者。该工作受到国家自然科学基金的资助，高性能计算是在西安交通大学高性能计算中心平台上完成的。