分享到:
课题组在二维铁电材料畴结构调控领域取得新进展(J. Phys. Chem. Lett.)
发布者: 邓俊楷 | 2023-01-12 | 13151

二维铁电体因其具有内禀铁电极化、天然柔性力学特性、以及同其它二维材料易于集成范德华异质结等优异特征,有望用于非易失性存储器及异质结纳米电子器件等领域。其中,二维铁电体的铁电畴结构调控的难易程度是其铁电性能应用的关键因素。通常,铁电畴结构的调控可利用外加电场或外加应力诱发铁电畴翻转。然而,对于超薄的二维材料,外加电场导致的相对高压会产生漏电流和介电击穿效应,而外加应力会引起二维材料结构失稳甚至破损,进而导致二维铁电畴结构调控失效。因此,亟需发展有效的手段来降低诱发二维铁电材料中铁电畴翻转的外加电场或应力,使二维铁电畴更易于操控。

 

 

近日,材料学院强度室的邓俊楷教授课题组,基于一种具有面外自发极化的二维铁电体CuInP2S6,成功制备出超薄的CuInP2S6纳米片(~4.1 nm厚),并利用压电力显微镜(AFM),采用电力耦合方式调控其面外铁电畴的极化翻转,有效的降低了CuInP2S6铁电畴翻转所需的阈值电压或阈值载荷。研究结果表明,在-7 V的外加电压下可以实现CuInP2S6铁电畴翻转,而畴翻转的阈值电压约为-5 V;此外,在1216 nN外加应力也可实现CuInP2S6铁电畴翻转,而阈值应力载荷约为1095 nN。有限元模拟结果证明,由外加应力载荷实现的铁电畴翻转起源于挠曲电效应。最后,机电耦合被证明是有效降低阈值电压或阈值负载的有效方法,而这种机电耦合效应可以用Landau−Ginzburg双势井唯相模型解释。在二维CuInP2S6中,通过机电耦合方法降低其铁电畴翻转的阈值电压或阈值应力,使得铁电畴结构调控更易于操作,有望为CuInP2S6二维铁电材料在微纳米存储领域的应用提供帮助。

本项研究成果最近以“Reducing Threshold of Ferroelectric Domain Switching in Ultrathin 2D CuInP2S6 Ferroelectrics via Electrical-mechanical Coupling”为题发表在期刊The Journal of Physical Chemistry LettersIF= 6.888)上。西安交通大学为本论文的第一作者和第一通讯单位,论文第一作者杨伟杰是材料学院邓俊楷教授培养的博士生。本项研究得到了国家自然科学基金面上项目、陕西省重点研发计划、创新引智111计划2.0项目的资助。研究也得到西安未来人工智能计算中心提供的超算算力和技术支持。

论文链接https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c03628