北理工課題組實(shí)現(xiàn)最小尺寸零維滑移鐵電效應(yīng)
發(fā)布日期：2023-11-01 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院郭耀課題組在《自然·通訊》發(fā)表了題目為《零維范德華界面鐵電效應(yīng)》的研究論文（論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41045-8）。該工作打破了傳統(tǒng)鐵電效應(yīng)的尺寸限制，首次以確切的實(shí)驗(yàn)證據(jù)和理論計(jì)算證實(shí)了極小尺度的零維固態(tài)鐵電效應(yīng)。該研究成果表明范德華界面滑移鐵電效應(yīng)在未來高密度信息存儲(chǔ)具有重要優(yōu)勢，對(duì)于鐵電存儲(chǔ)器的尺寸縮減具有重要意義。
鐵電效應(yīng)維度和種類
鐵電效應(yīng)是一百年前由Joseph Valasek發(fā)現(xiàn)的重要物理現(xiàn)象。傳統(tǒng)的鐵電效應(yīng)受到尺寸效應(yīng)限制——當(dāng)鐵電材料的尺寸縮減到一定程度時(shí)，退極化場的顯著影響會(huì)導(dǎo)致鐵電材料失去極化。這一尺寸效應(yīng)極大地限制了鐵電材料在高密度存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用。近年來，一種不依賴于離子晶格變化，而由范德華界面滑移產(chǎn)生的鐵電效應(yīng)引起了廣泛關(guān)注。然而，以往滑移鐵電效應(yīng)的研究主要集中在二維和三維材料體系，滑移鐵電效應(yīng)的進(jìn)一步尺寸縮減是整個(gè)鐵電效應(yīng)研究框架的重要拼圖。對(duì)此郭耀課題組在原有滑移鐵電效應(yīng)工作的基礎(chǔ)上，利用納米管構(gòu)建零維的范德華界面和器件，并觀察到鐵電二極管的阻變和回滯現(xiàn)象。通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算驗(yàn)證，該鐵電二極管的電學(xué)行為是由于零維范德華界面的晶格滑移所產(chǎn)生，使得器件能夠產(chǎn)生可用于信息存儲(chǔ)的阻值變化，并可以在幾乎整個(gè)可見光波長范圍內(nèi)產(chǎn)生可編程的光伏響應(yīng)。
零維滑移鐵電效應(yīng)的機(jī)制驗(yàn)證和光伏響應(yīng)
北京理工大學(xué)為該工作第一單位，合作單位包括以色列霍隆理工學(xué)院Alla Zak課題組和魏茲曼科學(xué)研究所Reshef Tenne課題組，該工作亦獲得北京大學(xué)的相關(guān)支持。該工作由中國國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國博士后科學(xué)基金、以色列科學(xué)基金方面提供經(jīng)費(fèi)資助。北京理工大學(xué)碩士研究生牛越和博士后黎磊是論文的共同第一作者。姚裕貴教授為該工作提供了第一性原理計(jì)算方面的有力支持。
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