物理学家将铁电性设计成 TMD

麻省理工学院团队表明，当两个单片过渡金属二硫属化物半导体 (TMD) 平行堆叠时，材料就会变成铁电体

麻省理工学院（MIT）的物理学家通过操纵超薄的材料，为TMD 设计了一种新特性。

麻省理工学院团队表明，当两个单片 TMD（每片只有几个原子层厚）相互平行堆叠时，该材料就会变成铁电体。在铁电材料中，正电荷和负电荷自发地流向不同的侧面或两极。在室温下施加外部电场后，这些电荷会发生侧移，从而反转极化。

TMD 已经因其电学和光学特性而广为人知。研究人员认为，这些特性与新铁电性之间的相互作用可能会产生各种有趣的应用。

“在较短时间内，我们已经成功扩展了二维铁电体这个小家族，这是纳米电子学和人工智能应用前沿的一种关键材料。”塞西尔和艾达·格林(Cecil and Ida Green)物理学教授、该研究的负责人Pablo Jarillo-Herrero说，这项研究成果已发表在《自然纳米技术》( Nature Nanotechnology)上。Jarillo-Herrero 同时隶属于麻省理工学院的材料研究实验室。

除 Jarillo-Herrero 外，这篇论文的作者还有麻省理工学院物理学研究生Xirui Wang；麻省理工学院博士后研究员Kenji Yasuda 和 Yang Zhang；哥伦比亚大学的Song Liu ；日本国立材料科学研究所的 Kenji Watanabe 和 Takashi Taniguchi；哥伦比亚大学的James Hone和麻省理工学院物理学副教授Liang Fu。（上图为麻省理工学院实验室的Kenji Yasuda（左），麻省理工学院博士后研究员；以及麻省理工学院物理学研究生Xirui Wang）。

超薄铁电体

去年，Jarillo-Herrero 和同事表明，当两个原子厚度的氮化硼 (BN) 片相互平行堆叠时，氮化硼就会变成铁电体。在目前的工作中，研究人员将相同的技术应用于TMD。

由 BN 和 TMD 制成的超薄铁电体可能有重要应用，如高密度计算机内存。随着《自然纳米技术》报道的四种新型 TMD 铁电体的加入，它们都属于同一个半导体家族，“我们的室温超薄铁电体的数量几乎翻了一倍，”Xirui Wang 说。此外，她指出，大多数铁电材料都是绝缘体。 “很少有铁电体是半导体的。”

“这不仅限于 BN 和 TMD，”Kenji Yasuda 说。 “我们希望该技术可应用于其他现有材料体系，诱发铁电性。如可以将铁电性引入磁性材料中吗？”

该项目由美国能源部科学研究所、陆军研究办公室、戈登和贝蒂摩尔基金会、美国国家科学基金会、日本文部科学省 (MEXT) 和日本科学促进会资助的。

参考资料

'Interfacial ferroelectricity in rhombohedral-stacked bilayer transition metal dichalcogenides' by Wang, X., Yasuda, K., Zhang, Y. et al; Nat. Nanotechnol. (2022).

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