对称性破缺是事物产生差异性的表现方式，涉及对称性元素丢失的过程，其普遍存在于各个尺度下的系统中，包括宇宙的形成、物种的起源、生物多样性、以及丰富多彩的分子结构。在凝聚态物理世界中，许多物理性质也来源于对称性破缺。例如，时间反演破缺存在于铁磁体中，铁电体发生空间对称性破缺，超导体对应的是规范场的破缺等等。铁电体必定归属于十个极性晶体学点群之一，其中包含五个手性点群（C1、C2、C4、C3和C6）。单一手性分子的引入能有效保证非中心对称晶格的形成，造成空间对称性破缺，使其极大可能地结晶在五个手性极性铁电点群之中，这是熊仁根教授提出的“铁电化学”学术思想（JACS Perspective 2020, 142, 15205）重要组成部分。结构相变是铁电体的本征特征之一，铁电体发生顺电-铁电相变一般是由温度等外界刺激因素引发空间对称性破缺导致的。如图1（左），经典的无机铁电体钛酸钡（BaTiO₃）和分子铁电体三甲基氯甲基铵三氯化镉（TMCMCdCl₃）从高对称性的顺电相到低对称性的铁电相都伴随着显著的空间对称元素丢失，导致了铁电相的正负电荷中心不重合，形成自发极化。该自发极化的取向能够在外加电场下实现反转，表现出铁电性。

近日，赣南师范大学与南昌大学合作，利用“铁电化学”学术思想，设计合成了首例单一手性俘精酸酐光铁电体，光异构化过程发生了“分子轨道破缺”，其不同于传统铁电体中发生的热致空间对称性破缺（图1）。将手性和光致变色俘精酸酐体系相结合，实现了手性俘精酸酐光铁电体的精准构筑。在光照射下，手性俘精酸酐化合物发生周环化反应，并在稳定开环和不稳定闭环状态之间进行可逆结构互变。这一过程中实际发生了共价键的断裂与重组，涉及分子轨道的变化，属于一种光致“分子轨道破缺”（molecular orbital breaking）。如图1（右），光照前后，手性俘精酸酐发生了光触发下的分子轨道可逆变换（3π↔2π+1σ），类似于顺电-铁电相变中空间对称元素的可逆变化。“分子轨道破缺”使得该手性俘精酸酐光铁电体能够实现通过光可逆操控铁电极化（图2）。

该工作设计合成了首例单一手性俘精酸酐有机铁电晶体，其“分子轨道破缺”机制的发现对光铁电体产生了新认识和新理解。