二维铁电体的新时代

新南威尔士大学/弗林德斯大学最近发表的一篇论文自然评论的新兴领域的一个令人兴奋的概述具有层状范德华晶体结构的二维铁电材料:一类新颖的低维材料，对未来的纳米电子学非常有趣。

未来的应用包括超低能耗电子产品、高性能、非易失性数据存储、高响应光电子产品和柔性(能量收集或可穿戴)电子产品。

与传统的刚性晶格氧化物铁电体结构不同，范德华(vdW)铁电体具有稳定的层状结构，层内力强，层间力弱(见图)。

这些特殊的原子排列与铁电秩序相结合，产生了传统材料中没有的基本新现象和功能。

作者张大伟博士说:“当这些材料被剥离到原子级薄层时，会发现根本性的新特性。”“例如，极化的起源和极性顺序的开关机制可以与传统的铁电体不同，从而实现新的材料功能。”

这些材料最吸引人的方面之一是，由于范德华层间键较弱，它们易于堆叠，这意味着vdW铁电体很容易与高度不同的晶体结构材料(如工业硅衬底)集成，而没有界面问题。

同样来自新南威尔士大学的作者Jan Seidel教授说:“这使得它们作为后摩尔定律电子器件的基石非常有吸引力。”

从应用和新功能的角度来看，vdW铁电体为纳米电子学提供了广泛的机会，因为它们在纳米尺度上易于获得铁电性，并且无悬浮键，干净的vdW接口有利于cmos兼容(当前的硅技术)集成。

本文讨论了实验验证的vdW铁电系统及其独特的特性，如四阱势、金属铁电和偶极子锁定效应。本文还讨论了工程vdW铁电在由人为打破中心对称性而产生的非极性母材中的堆叠。

此外，还展示了利用vdW铁电性的创新器件应用，包括能够突破基本热力学限制的电子晶体管、非易失性存储器以及光电和柔性器件。最近的进展和存在的挑战为未来的研究方向和应用提供了一个视角。

作者Pankaj Sharma博士(弗林德斯)说:“这是一个相对较新的领域，因此仍有许多挑战需要解决，以实现这些材料的全部技术潜力。”“例如，我们需要解决大面积、均匀、晶圆规模的增长和集成方法。这将使未来低能耗电子产品和计算解决方案的开发成为可能。”

鉴于最近vdW铁电体的出现，此类系统的材料库正在迅速发展。这为新的发展留下了空间，例如多铁性和多阶耦合功能，例如铁电性和磁性，以及这类材料中畴壁的功能。

这项研究

这篇论文范德华层状材料的铁电有序发表于自然评论(D. Zhang, P. Schoenherr, P. Sharma和J. Seidel, DOI 10.1038/s41578-022-00484-3)。

作者承认资金来自澳大利亚研究理事会(Discovery, LIEF和卓越中心项目)。

舰队铁电材料研究

Jan Seidel教授领导着ARC未来低能电子技术卓越中心FLEET的一个研究团队。他的团队使用先进的扫描探针显微镜(SPM)在纳米尺度和原子尺度上研究功能材料。这些材料可以用作FLEET研究人员开发的新型低能电子设备的平台，以解决未来低能电子概念的问题。

铁电材料的研究在舰队研究主题1该公司寻求创造新一代超低能耗电子产品。

FLEET是澳大利亚研究委员会资助的研究中心，汇集了100多名澳大利亚和国际专家，开发新一代超低能耗电子产品。

更多的信息

• 联系Jan Seidel教授(新南威尔士大学)jan.seidel@unsw.edu.au，
• 探索赛德尔研究集团spm.materials.unsw.edu.au
• 遵循舰队在@FLEETCentre
• 访问FLEET.org.au

球队资料照片

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