山西师大《Mater Horiz》：新奇！2D铁电材料的层依赖铁电极化

在此，来自山西师范大学的薛武红副教授和许小红教授，报道了2H α-In₂Se₃具有层依赖的铁电极化现象。与2H α-In₂Se₃偶数层相比，奇数层具有较大的面内电极化且能够实现极化反转；由于面内和面外极化的关联性，当面内极化被电场反转后，面外极化也出现类似的层依赖特性。该结果丰富了二维材料家族的层依赖物理特性，为有效构建极化关联的纳米器件（如：存内运算和复杂的神经形态运算等）提供了有意义的指导。相关论文以题为'Layer-DependentFerroelectricity in 2H-Stacked Few-Layer α-In₂Se₃'发表在Materials Horizons上。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/D0MH01863E

所制备的2H α-In₂Se₃单晶纳米片尺寸大（>200 um）、超薄（~1.9 nm）、结晶质量高。球差电镜截面图可以清晰地看到其相邻两层的原子呈反平行排列，这种层堆垛构型会导致面内层间极化方向反平行，从而致使偶数层样品的面内极化几乎为零，而奇数层具有剩余极化。该种结构特点能更好的帮助理解层依赖的极化特性。

将高质量的2H α-In₂Se₃单晶纳米片制备成铁电基场效应晶体管器件，发现极化反转可诱导一种负微分效应，所对应的矫顽场（∼1.625 kV/cm）比传统铁电材料小1-2数量级，在白光照射下峰电流密度被进一步增大，通过背栅电压调控，器件的峰/谷电流比能高达7。以上结果表明2H α-In₂Se₃在极化关联的低能耗纳米器件中具有很大的应用潜力。

山西师范大学博士研究生吕宝华和严志为论文共同第一作者，山西师范大学薛武红副教授、许小红教授为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

图1不同层数的2H α-In₂Se₃的面内极化反转。

图2 2H α-In₂Se₃纳米片的形貌和微观结构。

图3 2H α-In₂Se₃基场效应晶体管器件的I-V特性及其光和电调控。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。