香港理工&人大&劍橋最新Science：無需扭曲二維材料也可以獲得鐵電性能

nanoCJ 1年前 (2022-05-27) 1843瀏覽

【引言】

堆疊二維材料可以產生一系列有趣和有用的特性。例如，對堆疊的二維材料進行扭曲可獲得壓電和鐵電性能。而造成這些特性的根源主要來自于可產生摩爾超晶格、雜化電子結構或者打破晶體對稱性的原子級薄層材料之間的相互作用。特別是對于過渡金屬硫化物（TMDC）來說，理論研究和實驗均已表明，當形成垂直異質結構或者扭曲層時，TMDC就會表現出壓電或鐵電效應。然而，困擾研究人員的是，如果不對層結構進行扭曲，TMDC是否也可以同時展現面外（OOP）壓電和鐵電性能？

【成果簡介】

近期，香港理工大學的劉樹平、中國人民大學的季威和劍橋大學的Manish Chhowalla（共同通訊作者）等人合作發表了最新工作，在通過可規模化的一步化學氣相沉積（CVD）策略合成的無扭曲、相稱（commensurate）和外延MoS₂/WS₂異質雙層中，意外觀測到了OOP鐵電性和壓電性。研究顯示，該雙層的d₃₃壓電常數為1.95-2.09皮米/伏，比單層In₂Se₃的自然OOP壓電常數還要大6倍左右。通過改變MoS₂/WS₂異質雙層的極化狀態，研究還證明了相應鐵電隧道結器件中隧穿電流可進行約三個數量級調制的行為。進一步的密度泛函理論顯示，一步化學氣相沉積策略可交替堆疊MoS₂/WS₂層，從而可在無需扭曲角或者摩爾疇的前提下進行對稱打破和層間滑動，最終獲得鐵電/壓電性能。香港理工大學的Lukas Rogée和中國人民大學的Lvjin Wang為共同第一作者，2022年5月26日，相關成果以題為“Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides”的文章發表在Science上。