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西安交大科研團隊在層狀反鐵電材料研究領(lǐng)域取得重要進展
來源：西安交通大學(xué) 2024-04-12
導(dǎo)讀：近期，西安交通大學(xué)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、湖南師范大學(xué)、南京大學(xué)等單位合作，在二維層狀反鐵電材料實驗研究中取得突破性進展，在該體系中首次獲得本征六重極化態(tài)，提出了垂直鐵電/反鐵電疇堆疊耦合實現(xiàn)的本征六態(tài)和四態(tài)機制。該成果3月26日以《反鐵電CuInP2S6中實現(xiàn)六重極化態(tài)及其態(tài)間轉(zhuǎn)換》（Realization of sextuple polarization states and interstate switching in antiferroelectric CuInP2S6）為題在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。西安交通大學(xué)材料學(xué)院李桃教授和碩士研究生吳永毅為文章共同第一作者，西安交通大學(xué)閔泰教授、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)張振宇教授、湖南師范大學(xué)陳明星教授為共同通訊作者。
在當今數(shù)字化社會，隨著信息量的指數(shù)級增長，對于存儲技術(shù)的需求也在不斷升級，特別是高密度、低功耗的存儲技術(shù)成為研究熱點之一。其中，非易失性多態(tài)存儲器可以在單個物理元件中存儲多于“0”和“1”的多個狀態(tài)，具有更高信息密度、更低能耗、更低成本等優(yōu)勢。最新發(fā)現(xiàn)鐵電材料可以以多種極化狀態(tài)存在，每種極化狀態(tài)對應(yīng)于材料中偶極子的不同構(gòu)型，也就是本征多極化態(tài)，區(qū)別于一些鐵電器件中測得的多個電阻態(tài)。目前實驗報道的具有本征多重極化態(tài)的鐵電材料少之又少。原則上來說，本征多極化態(tài)具有更穩(wěn)定、更持久、更靈活、更低成本等優(yōu)勢，可免于非本征多態(tài)器件中所需的額外激勵條件或復(fù)雜制備工藝。（a）基于壓電力顯微鏡的電滯回線測試示意圖；（b）-（d）CuInP2S6樣品六重極化態(tài)轉(zhuǎn)換（S-1到S-6）的相位（Phase）、振幅（Amplitude）和壓電響應(yīng)（Piezoresponse）的滯回曲線；（e）具有六態(tài)、四態(tài)和二態(tài)極化態(tài)數(shù)的CuInP2S6薄膜矯頑場（Vc）的分布圖。
在該研究工作中，研究團隊利用化學(xué)氣相輸運法成功合成了高質(zhì)量二維CuInP2S6單晶，利用壓電力顯微鏡高分辨表征技術(shù)（圖1a）結(jié)合第一性原理計算，率先在CuInP2S6薄膜中明確展示了六重本征極化態(tài)（圖1b-d），是目前眾多鐵電材料中（包括傳統(tǒng)氧化物鐵電以及二范德華維鐵電）獲得最多數(shù)量的本征極化態(tài)，成功打破了在三維以及二維鐵電體系中實現(xiàn)的四重極化態(tài)的現(xiàn)狀。并且在CuInP2S6的極化翻轉(zhuǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)了不同于傳統(tǒng)鐵電材料的非常規(guī)現(xiàn)象，即具有不同極化態(tài)數(shù)目（六、四、二）的極化階之間可逆轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，打破了鐵電材料具有固定極化階的傳統(tǒng)認知。這些新穎的物理現(xiàn)象不僅為我們理解二維層狀鐵電材料提供了新的視角，也為設(shè)計新型非布爾型納米電子器件打開了大門，并且其底層機制可以?啟發(fā)同類型層狀功能材料的設(shè)計與開發(fā)。該項工作得到了國家重點研發(fā)計劃、鵬城實驗室重大重點項目、國家自然科學(xué)基金等科研項目的支持。論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-46891-8
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