第一次观测到原生铁电金属| ARC未来低能电子技术卓越中心

二碲化钨WTe模型₂正交晶体:具有层状、正交结构的晶体

在今天发表的一篇论文中科学的进步新南威尔士大学的研究人员描述了对原生铁电金属的首次观察。

该研究代表了具有双稳态和电可切换自发极化状态的原生金属的第一个例子-铁电性的标志。

“我们在块状晶二碲化钨(WTe)中发现了天然金属丰度和铁电性共存₂”研究作者Pankaj Sharma博士解释道。

“我们证明了铁电态在外部电偏置下是可切换的，并解释了WTe中'金属铁电'的机制₂通过系统研究晶体结构、电子输运测量和理论考虑。”

作者向飞翔博士说:“一种在室温下同时具有金属和铁电性的体晶形式的范德华材料具有新的纳米电子应用潜力。”

铁电性可以被认为是铁磁性的一个类比。一个铁磁材料显示出永久的磁性，用外行的话来说，就是一块有北极和南极的“磁铁”。铁电材料同样显示出一种类似的电性质，称为永久电极化，它起源于电偶极子，由相等但带相反电荷的两端或极组成。在铁电材料中，这些电偶极子存在于单位细胞水平，并产生一个不消失的永久电偶极矩。

这种自发电偶极矩可以在外部电场的作用下在两个或多个等效状态或方向之间重复转换——这是许多铁电技术中使用的一种特性，例如纳米电子计算机存储器、RFID卡、医用超声换能器、红外摄像机、潜艇声纳、振动和压力传感器以及精密执行器。

通常，铁电性在绝缘或半导体材料中被观察到，而不是金属，因为金属中的传导电子屏蔽了偶极矩引起的静态内部场。

一种室温铁电半金属发表于2019年7月的《科学进展》(DOI: 10.1126/sciadv.aax5080)。

WTe2单晶中的铁电畴(PFM成像)

块状单晶二碲化钨(WTe₂)，它属于一类被称为过渡金属二卤属化合物(TMDCs)的材料，通过光谱电传输测量，导电原子力显微镜(c-AFM)来确认其金属行为，并通过压电响应力显微镜(PFM)来绘制极化图，检测由外加电场引起的晶格变形。

铁电畴(见图)——即极化方向相反的区域——在新切割的WTe中直接可见₂单一的晶体。

光谱- pfm测量与顶部电极在一个电容器几何被用来证明开关铁电极化。

FLEET研究员Pankaj Sharma博士(新南威尔士大学材料科学与工程学院)使用扫描探针显微镜(SPM)和XRD来表征样品

这项研究得到了澳大利亚研究委员会通过ARC未来低能电子技术卓越中心(FLEET)的资助，部分工作是使用新南威尔士州节点的设施进行的澳大利亚国家制造工厂的协助下澳大利亚政府研究培训计划奖学金计划。

第一性原理密度泛函理论计算(内布拉斯加大学)证实了WTe铁电不稳定性的电子和结构来源的实验结果₂，由国家科学基金．

舰队研究员向飞翔博士(新南威尔士大学物理学院)制作了WTe₂用输运测量方法研究了晶体的电子结构

FLEET (ARC未来低能电子技术卓越中心)对铁电材料进行了深入研究，因为它们在“超越CMOS”技术的低能电子产品中的潜在用途。

例如，铁电材料的可切换电偶极矩可以用作人工拓扑绝缘体中底层二维电子系统的栅极。

与传统半导体相比，铁电体的电子偶极矩与原子晶体中的电子气非常接近(亚纳米)，确保了更有效的开关，克服了传统半导体的限制，即导电通道埋在表面以下几十纳米。

雷竞技苹果版拓扑材料的研究FLEET的研究主题该项目旨在建立超低电阻电子路径，从而创造新一代超低能量电子产品。

FLEET是arc资助的研究中心，汇集了100多名澳大利亚和国际专家，以开发新一代超低能耗电子产品，以减少计算消耗的能源。

首次观察到原生铁电金属