香港理工&人大&剑桥最新Science：无需扭曲二维材料也可以获得铁电性能

nanoCJ 2年前 (2022-05-27) 2423浏览

【引言】

堆叠二维材料可以产生一系列有趣和有用的特性。例如，对堆叠的二维材料进行扭曲可获得压电和铁电性能。而造成这些特性的根源主要来自于可产生摩尔超晶格、杂化电子结构或者打破晶体对称性的原子级薄层材料之间的相互作用。特别是对于过渡金属硫化物（TMDC）来说，理论研究和实验均已表明，当形成垂直异质结构或者扭曲层时，TMDC就会表现出压电或铁电效应。然而，困扰研究人员的是，如果不对层结构进行扭曲，TMDC是否也可以同时展现面外（OOP）压电和铁电性能？

【成果简介】

近期，香港理工大学的刘树平、中国人民大学的季威和剑桥大学的Manish Chhowalla（共同通讯作者）等人合作发表了最新工作，在通过可规模化的一步化学气相沉积（CVD）策略合成的无扭曲、相称（commensurate）和外延MoS₂/WS₂异质双层中，意外观测到了OOP铁电性和压电性。研究显示，该双层的d₃₃压电常数为1.95-2.09皮米/伏，比单层In₂Se₃的自然OOP压电常数还要大6倍左右。通过改变MoS₂/WS₂异质双层的极化状态，研究还证明了相应铁电隧道结器件中隧穿电流可进行约三个数量级调制的行为。进一步的密度泛函理论显示，一步化学气相沉积策略可交替堆叠MoS₂/WS₂层，从而可在无需扭曲角或者摩尔畴的前提下进行对称打破和层间滑动，最终获得铁电/压电性能。香港理工大学的Lukas Rogée和中国人民大学的Lvjin Wang为共同第一作者，2022年5月26日，相关成果以题为“Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides”的文章发表在Science上。