二维铁电材料理论研究取得重要进展

　　近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院及能源材料协同中心曾晓成教授（美国内布拉斯加大学林肯分校Chancellor校长讲座教授）与华中科技大学吴梦昊教授（曾教授2011届毕业博士），南京大学刘俊明教授等同行合作，在二维铁电材料理论研究方面取得新进展，预言一系列已经合成的二维材料或界面可将铁电性与半导体性结合。该研究成果发表在10月19日出版的《纳米快报》(Nano Letters; pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b04309)上，共同通讯作者为吴梦昊，刘俊明和曾晓成三位教授。

　　半导体和铁性（铁磁，铁电，铁弹）结合可使其兼具非易失性记忆功能。传统半导体（比如Si，GaAs）可以通过掺杂磁性离子将铁磁性与半导体性结合，但其居里温度远低于室温，在二维半导体中类似掺杂通常更加困难；而铁电和铁弹性则无法通过类似掺杂获得。 该研究成果则通过第一性原理计算表明，表面的某些极性化学基团的修饰可以使得一系列非铁电体系获得铁电性，且具较高居里温度，包括石墨烯，锗烯，二硫化物等一系列二维材料，或者硅，III-V族半导体（111）表面，或是作为二维材料衬底的二氧化硅表面，而这些体系中不少在过去实验中已经合成。它们有望将高迁移率窄带隙半导体和室温铁性相结合，进而可以此设计出一系列多功能异质结器件:高开关比的二维铁电场效应晶体管，迪拉克费米子可在空穴/电子之间调控的拓扑晶体管，二维铁电甚至多铁隧穿结，等等，使信息非破坏性读取和快速写入同时成为可能，在未来多功能器件中拥有重要应用价值。