摘要：铁电畴壁的结构和动力学对于铁电体的极化切换至关重要，而在二维铁电α-In2Se3中，这方面的研究相对较少。通过选择二维材料中的堆叠顺序进行层间相互作用工程可以调节铁电特性。
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铁电畴壁的结构和动力学对于铁电体的极化切换至关重要，而在二维铁电α-In2Se3中，这方面的研究相对较少。通过选择二维材料中的堆叠顺序进行层间相互作用工程可以调节铁电特性。
2024年12月2日，复旦大学车仁超教授、浙江大学赵昱达研究员、中国人民大学季威教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Stacking selected polarization switching and phase transition in vdW ferroelectric α-In2Se3junction devices》的研究论文，博士生吴雨旸、博士生张天娇、四川师范大学讲师郭的坪为论文共同第一作者，车仁超教授、赵昱达研究员、季威教授为论文共同通讯作者。
车仁超，复旦大学先进材料实验室教授，国家杰青（2017）。1997年硕士毕业于哈尔滨工业大学。2003年获得中国科学院物理研究所博士学位，2003-2006年在日本国立材料研究所从事博士后研究工作，2008年起在复旦大学先进材料实验室工作。
车仁超教授的研究领域包括：电磁波吸收材料、半导体超晶格、储能材料的机理、原位电子显微学等等，共发表400多篇SCI论文，含通讯/第一作者320多篇，他引2万多次。
赵昱达，浙江大学微纳电子学院研究员。2012年获得南京大学学士学位。2016年于香港理工大学获得博士学位。2016年起，先后在香港理工大学和法国斯特拉斯堡大学从事博士后研究工作，现任职于浙江大学。
赵昱达研究员的重点研究方向：基于低维材料的后摩尔时代新型半导体器件，包括逻辑器件，类人感知器件、感存算一体器件、智能仿生感知系统等。
季威，中国人民大学物理学院教授，国家高层次人才。2003年本科毕业于北京科技大学，2008年博士毕业于中国科学院物理研究所。2006年-2010年在加拿大麦吉尔大学作访问学者和博士后，2010年加入中国人民大学，期间曾到香港大学作访问教授。
季威教授长期致力于发展和应用独特的第一性原理计算方法，紧密围绕未来信息功能材料及器件和原子级制造技术中的表界面问题，开展相关基础科学研究。发表了包括 Science、Science Advances、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Chemistry、Nature Communications、PRL、JACS等在内的200余篇论文，被引超过14000次。
在这里，作者报告了2H和3R堆叠α-In2Se3中依赖堆叠的铁电畴壁，阐明了铁电半导体-金属结器件中的电阻切换机制。
在3R α-In2Se3中，面外铁电畴壁的面内运动产生大的磁滞窗口。相反，2H α-In2Se3器件有利于面内畴壁和面外畴壁运动，产生小的滞后窗口。
高电场诱导In2Se3发生铁顺电相变，其中3R In2Se3通过层内原子滑移实现相变，而2H In2Se3则经历包括层内键解离和层间键重建的复杂过程。
作者的研究结果证明了通过堆叠配置可调节铁电特性，为铁电器件中的材料工程提供了扩展的维度。
图1：二维和三维α-In2Se3中铁电畴结构的原子级表征
图2：α-In2Se3 FSMJ器件的电学特性
图3：α-In2Se3中铁电畴壁的堆叠依赖性机制
图4：原位电场驱动的α-In2Se3向β-In2Se3相变
综上，作者研究了二维铁电材料α-In2Se3中堆叠顺序对铁电极化翻转和相变的影响，发现不同的堆叠配置（2H和3R）会导致不同的铁电畴壁结构和电阻切换机制，从而影响铁电半导体-金属结器件的性能。
研究结果表明，通过调控堆叠顺序可以调节铁电性能，为铁电器件的材料工程提供了新的维度，这对于设计多功能铁电器件具有重要意义，尤其是在非挥发性存储和类脑计算设备领域展现出广阔的应用前景。
Wu, Y., Zhang, T., Guo, D.et al. Stacking selected polarization switching and phase transition in vdW ferroelectric α-In2Se3 junction devices. Nat Commun15, 10481 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54841-7
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