香港理工大学/中国人民大学：最新Science

概  述

堆叠二维材料可以产生一系列有趣且有用的特性。例如，压电和铁电的出现可以通过相对于彼此扭曲层来发生。具有面外 (OOP) 铁电和压电特性的二维材料对于实现超薄铁电和压电器件是非常理想的。

2022年5月26日，香港理工大学刘树平，中国人民大学季威及剑桥大学Manish Chhowalla共同通讯在Science 在线发表题为“Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides”的研究论文，该研究在通过可扩展的一步化学气相沉积合成的未扭曲、相称和外延的 MoS2/WS2 异质双层中展示了意想不到的 OOP 铁电性和压电性。

该研究展示了 1.95 到 2.09 皮米/伏特的d33 压电常数，比单层 In2Se3 的自然 OOP 压电常数大约 6 倍。该研究通过改变 MoS2/WS2 异质双层的极化状态，证明了在铁电隧道结器件中隧道电流调制大约三个数量级。总之，该研究结果与密度泛函理论一致，这表明对称性破坏和层间滑动都会产生意想不到的特性，而无需调用扭曲角或莫尔域。

二维（2D）材料的合理垂直整合导致了令人兴奋的凝聚态效应，开辟了不同的研究途径。这些有趣的效果是原子薄材料层之间相互作用的结果，这些材料会产生莫尔超晶格、混合电子结构和通常的晶体对称性的破坏。石墨烯和双层 2H MoS2 等材料是中心对称的。

相比之下，奇数层的二维材料（例如 MoS2）是非中心对称的，属于点群（或 D3h），因此表现出面内 (IP) 压电性。非中心对称二维材料也会产生二次谐波发射，可用于确认不存在反演对称性。IP 压电元件的大小，称为 d11，对于单层 MoS2，估计为 ~2.5 到 4 pm V-1。点群的材料不表现出面外 (OOP) 压电性。

二维材料中的 OOP 压电性已在少层 In2Se3 和通过在 MoTe2 中引入硫属元素空位中得到报道。理论研究探索了过渡金属二硫化物 (TMDC) 合金在组装成垂直异质结构时的压电特性。最近，已在六方氮化硼 (h-BN) 和 TMDC 的扭曲层中观察到铁电性。

扭曲双层中的铁和压电性起源于莫尔晶格的形成和层间滑动。在菱面体同双层 TMDC 中也观察到了铁和压电性。然而，在外延生长的、未扭曲的、相应堆叠的、横向大的垂直异质结构的二维 TMDC 中，OOP 压电和铁电效应尚未被实验报道。该研究在通过可扩展的一步化学气相沉积合成的未扭曲、相称和外延的 MoS2/WS2 异质双层中展示了意想不到的 OOP 铁电性和压电性。

该研究展示了 1.95 到 2.09 皮米/伏特的 d33 压电常数，比单层 In2Se3 的自然 OOP 压电常数大约 6 倍。该研究通过改变 MoS2/WS2 异质双层的极化状态，证明了在铁电隧道结器件中隧道电流调制大约三个数量级。总之，该研究结果与密度泛函理论一致，这表明对称性破坏和层间滑动都会产生意想不到的特性，而无需调用扭曲角或莫尔域。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm5734

转自：解说科研项目

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