今天是
首页» 学院动态

北理工在范德瓦尔斯铁电单晶材料研究中取得重要进展

作者: 日期:2019-12-05 点击量:

  供稿:王学云         编辑:杨丽静

  近日,我院洪家旺教授和王学云副研究员报道了在范德瓦尔斯铁电材料CuInP2S6中观测到尺寸效应诱导结构相变与铁电序参量的变化。相关成果以“Thickness-dependent in-plane polarization and structural phase transition in van der Waals Ferroelectric CuInP2S6”为题,发表于顶级学术期刊《Small》,影响因子10.86(文章链接DOI: 10.1002/smll.201904529)。

  二维层状材料由于其独特的尺寸效应引起的多种新奇量子态和出色的物理性质,成为了未来可用作催化、电子、光电、自旋器件的重要候选材料。将二维材料特性与广泛利用的铁性序参量,如铁电极化、磁有序以及相对应的畴与畴壁结构结合,使得二维材料在几个原子层厚度上具有铁性序翻转特性,为研究二维极限下材料新奇性能与多物理场耦合力学提供了新的研究平台。

  洪家旺与王学云课题组在铁电材料的研究领域具有丰富经验(Nature Physics, 10, 970-977; Phys. Rev. Lett. 112, 247201等),邓建明等人利用化学气相输运法合成了CuInP2S6单晶材料,通过压电力显微镜研究了二维材料CuInP2S6的尺寸效应诱导结构相变和铁电序参量变化。首次发现二维铁电材料CuInP2S6具有面内铁电性,在低于90 nm面内铁电极化消失(如图1所示)。刘彦昱博士与李明强分别通过第一性原理计算和透射电子显微镜表征表明,维度下降,材料的晶体结构由单斜相转变为三方相,该结构相变引发在临界尺寸以下面内铁电性消失,同时发现了杨氏模量在临界尺寸附近发生突变(如图2所示)。这些新奇的物理机制,对理解和设计纳米级电子存储器件具有非常重要意义。

  全文链接:https://doi.org/10.1002/smll.201904529

  宇航学院17级博士研究生邓建明、博士后刘彦昱与北京大学物理学院博士研究生李明强为该论文共同第一作者。宇航学院洪家旺教授、王学云副研究员与北京大学物理学院高鹏教授为本论文共同通讯作者。中国人民大学物理系夏天龙教授与博士生徐升对材料进行了结构、成分表征和分析。该研究得到了国家自然科学基金(11572040, 11604011, 11804023)、北京市自然科学基金重点项目(Z190011),国家重点研发计划青年项目(2019YFA0307900)、博士后科学基金(2018M641205)以及北京理工大学科技人才资助专项的支持。

  

  王学云:北京理工大学副研究员,中国人民大学物理系获得学士学位,美国Rutgers, the State University of New Jersey获得物理学博士学位。主要从事铁性材料畴结构的形成、演化、以及多场(力,热,电,磁,化学势等)耦合调控行为的探索。发表SCI论文54篇,以第一作者/通讯作者在Nature Physics, Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B等国际顶级期刊发表多篇学术论文。

  

  

  图1 不同厚度CIPS薄片的铁电畴和局部电极化翻转

  

  图2 不同厚度CIPS薄片的弹性模量

  

  (审核:胡更开)