近日，華東師范大學(xué)極化材料與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室段純剛、鐘妮、向平華研究團(tuán)隊(duì)，首次提出自發(fā)離子吸附策略實(shí)現(xiàn)低維鐵電極化的超低功耗反轉(zhuǎn)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然—通訊》。

范德華層狀材料具有許多新奇的量子屬性和獨(dú)特的物理性質(zhì)，成為電子信息科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。當(dāng)范德華層狀結(jié)構(gòu)與本征的室溫鐵電性相結(jié)合時(shí)，會(huì)誘發(fā)更多潛在應(yīng)用。以室溫范德華層狀鐵電體CuInP2S6(CIPS)為例，它在鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管、鐵電隧穿結(jié)、負(fù)電容器件、光電探測(cè)器等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，由于其具有顯著的銅離子電導(dǎo)特性，傳統(tǒng)的電場(chǎng)調(diào)控通常會(huì)導(dǎo)致其極性結(jié)構(gòu)破壞，并伴隨形貌的扭曲變形，最終導(dǎo)致鐵電性喪失。這嚴(yán)重限制了CIPS在實(shí)際器件中的應(yīng)用。研發(fā)一種簡(jiǎn)單有效、可替代傳統(tǒng)電場(chǎng)調(diào)控的方式成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。

研究人員通過(guò)人工設(shè)計(jì)離子吸附界面，室溫下在范德華層狀鐵電體CIPS表面引入離子液體[DEME][TFSI]或十二烷基苯磺酸鈉Na[DDBS]水溶液，即可實(shí)現(xiàn)其鐵電疇的大面積翻轉(zhuǎn)。需要指出的是，在鐵電極化反轉(zhuǎn)過(guò)程中不需要施加額外的電場(chǎng)。反轉(zhuǎn)前后材料組分、納米片形貌、厚度等均不發(fā)生任何變化。

“實(shí)驗(yàn)證據(jù)和第一性原理計(jì)算結(jié)果表明，CIPS的鐵電極化反轉(zhuǎn)源于固液界面處鐵電偶極子和液體中離子的相互作用。”段純剛表示，該研究成果通過(guò)選擇性離子吸附成功誘導(dǎo)鐵電極化反轉(zhuǎn)，為實(shí)現(xiàn)基于鐵電的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和生物傳感裝置提供了超低功耗新策略。(黃辛)