何军课题组二维铁电半导体研究取得新进展

铁电材料是一类具有自发极化和可逆铁电性质的功能材料，广泛应用于存储、传感、驱动等领域。下一代电子产品对高密度信息存储和计算的需求要求材料尺寸减小。然而，对于传统的铁电材料，如PbTiO3和BaTiO3，当厚度达到纳米级时，由于退极化场的作用，铁电性变弱甚至消失。此外，传统铁电体在界面处的悬键和缺陷极大地阻碍了它们在铁电异质结中的应用。近年来，2D材料由于其连续和无悬键的界面，即使在超薄厚度下也能保持其本征性质，显示出巨大的潜力。迄今为止，随着研究的深入，越来越多的2D材料被预测具有可调的铁电性能，使其成为一个活跃的研究领域。然而，其中只有少数得到了实验证明。现有的2D铁电材料大多为机械剥离制备的层状材料。这种方法在获取非层状材料方面提出了挑战，这些非层状材料的2D结构可能由于强约束效应而具有不同于块材的性质。此外，这种方法往往导致厚度不均匀，形貌不均匀，可控性差。化学气相沉积(CVD)能够精确控制2D材料的结构和性能，允许可扩展的合成，并作为高质量2D材料研究和应用的强大工具。它的许多优点使CVD成为制造2D材料的主要技术之一。

有鉴于此，近日，武汉大学何军教授课题组在化学气相沉积系统中通过范德华外延技术合成了厚度低至单胞的2D CuCrS2纳米片。透射电子显微镜、二次谐波生成和拉曼光谱测量的结合证实了R3m空间群和非中心对称结构。本文利用压电响应力显微镜观察到了可开关的铁电畴和明显的铁电迟滞回线。理论计算有助于理解CuCrS2纳米片中铁电开关的机理。最后，本文制造了一种铁电存储器件，其开/关比达到~100，并且在2000 s后保持稳定，表明其在新型纳米电子器件中的适用性。总的来说，2D CuCrS2纳米片在纳米尺度上表现出优异的铁电性能，在下一代器件中显示出巨大的前景。文章以“van der Waals Epitaxial Growth of One-Unit-Cell-Thick Ferroelectric CuCrS2 Nanosheets”为题发表在Nano Letters上。