具有层状范德华晶体结构的二维铁电材料新兴领域概述

最近发表在《自然评论材料》上的新南威尔士大学论文对具有层状范德华晶体结构的二维铁电材料这一新兴领域进行了令人兴奋的概述，这是一种对未来纳米电子学非常感兴趣的新型低维材料。

未来的应用包括超低能耗电子产品、高性能、非易失性数据存储、高响应光电子产品和柔性(能量收集或可穿戴)电子产品。

与具有刚性晶格的传统氧化物铁电体结构不同，范德华(vdW)铁电体具有稳定的层状结构，具有强层内力和弱层间力的组合。

这些特殊的原子排列与铁电顺序相结合，产生了传统材料中没有的全新现象和功能。

“当这些材料被剥离成原子薄层时，就会发现根本上的新特性，”作者张大伟博士说。“例如，极化的起源和极性顺序的切换机制可能与传统的铁电体不同，从而实现了新的材料功能。”

这些材料最有趣的方面之一是它们易于堆叠的性质，因为范德华层间键较弱，这意味着vdW铁电体很容易与高度不同的晶体结构材料(例如工业硅基板)集成，而不会出现界面问题。

“这使得它们作为后摩尔定律电子产品的基石极具吸引力，”作者、新南威尔士大学的JanSeidel教授说。

从应用和新功能的角度来看，vdW铁电体由于其在纳米尺度上易于获得的铁电体以及有助于CMOS兼容(当前硅技术)集成的无悬键、干净的vdW界面，为纳米电子学提供了广泛的机会。

新的评论讨论了经过实验验证的vdW铁电系统及其独特的特性，例如四阱电位、金属铁电性和偶极锁定效应。它还讨论了通过人为破坏中心对称性而产生的非极性母材堆叠中的工程化vdW铁电性。

此外，还展示了利用vdW铁电性的创新设备应用，包括能够超越基本热力学极限的电子晶体管、非易失性存储器以及光电和柔性设备。最近的进展和现有的挑战为未来的研究方向和应用提供了一个视角。

“这是一个相对较新的领域，因此要实现这些材料的全部技术潜力，仍有许多挑战需要解决，”作者PankajSharma博士说。“例如，我们需要解决大面积、均匀、晶圆规模的增长和集成方法。这些将允许开发未来的低能耗电子和计算解决方案。”

鉴于最近出现的vdW铁电体，此类系统的材料库正在迅速发展。这为新的发展留下了空间，例如多铁性和多阶耦合功能，例如铁电性和磁性，以及此类材料中畴壁的功能。

论文“范德华层状材料中的铁电顺序”于2022年10月发表在NatureReviewsMaterials上。

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