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畢業(yè)4年獲聘教授，中科大「國(guó)家級(jí)創(chuàng)新人才」2天2篇Nature子刊！

第一作者：柳衡，賴清琳

通訊作者：曾華凌

通訊單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

曾華凌，男，博士，于2006年本科畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系，2011年在香港大學(xué)物理系獲得博士學(xué)位，2015年入選國(guó)家創(chuàng)新人才計(jì)劃青年項(xiàng)目加入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)為微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心教授、博士生導(dǎo)師。

（信息來(lái)源：https://www.hfnl.ustc.edu.cn/detail?id=11357）

論文速覽

固體中普遍存在的撓電效應(yīng)為控制超薄鐵電體中的電極化提供了一種機(jī)械途徑，消除了納米尺度下巨大電場(chǎng)導(dǎo)致的潛在材料擊穿。這種方法的挑戰(zhàn)是任意實(shí)現(xiàn)，單向交換能力嚴(yán)重阻礙了這種實(shí)現(xiàn)。

本論文研究了在二維范德瓦爾斯鐵電材料CuInP2S6（CIPS）中，通過(guò)納米尖端壓印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵電極化和疇結(jié)構(gòu)的機(jī)械、可逆和任意方向的切換。

利用范德瓦爾斯材料固有的柔韌性，研究者們展示了一種無(wú)需外加電壓的鐵電極化控制新方法。通過(guò)在彈性基底上施加納米尖端壓力，成功地在1 μm²的區(qū)域內(nèi)無(wú)創(chuàng)地生成了側(cè)尺寸約80 nm的人工鐵電納米疇，其密度高達(dá)31.4 Gbit/in²。這項(xiàng)工作突出了范德瓦爾斯鐵電材料在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和彈性電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：鐵電極化的雙向調(diào)制策略。

圖2：通過(guò)壓電力顯微鏡（PFM）驗(yàn)證了CIPS的鐵電性，通過(guò)尖端壓印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙向彈性電控制，包括向上和向下的極化狀態(tài)。

圖3：不同尖端加載力對(duì)疇結(jié)構(gòu)的影響。

圖4：非侵入性彈性電控制的過(guò)程，通過(guò)瞬時(shí)尖端壓印實(shí)現(xiàn)了極化狀態(tài)的切換，同時(shí)保持了樣品形態(tài)的恢復(fù)。

圖5：任意彈性電疇工程的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制尖端壓印的步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了向上的條帶狀和方形鐵電疇的人工寫入。

總結(jié)展望

本研究成功實(shí)現(xiàn)了在二維范德瓦爾斯鐵電材料中的納米尺度鐵電極化任意控制，為鐵電材料的機(jī)械調(diào)控提供了新工具。通過(guò)非侵入性的方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的鐵電納米疇，還能夠通過(guò)機(jī)械方式進(jìn)行寫入和擦除操作。

這一發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)鐵電材料的基礎(chǔ)研究具有重要意義，也為未來(lái)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和彈性電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的可能性。此外，通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)的鐵電材料的機(jī)械調(diào)控，有望進(jìn)一步擴(kuò)展到電子、光學(xué)和磁性等其他物理性質(zhì)的調(diào)控，為開(kāi)發(fā)高性能的光電器件提供了新的思路。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Reversible flexoelectric domain engineering at the nanoscale in van der Waals ferroelectrics

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-48892-z

第一作者：張曉東, Chenxi Huang, Zeyu Li

通訊作者：曾華凌

通訊單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

論文速覽

自從首次報(bào)道單層MoS₂基晶體管以來(lái)，基于二維（2D）材料的原子級(jí)薄電子學(xué)取得快速進(jìn)展，為解決硅器件小型化的瓶頸提供了一種替代方法。因此，金屬電極和亞納米厚的2D材料之間的可靠接觸在決定器件性能方面變得至關(guān)重要。本論文討論了2D材料基原子級(jí)薄電子學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，特別是在硅器件小型化瓶頸問(wèn)題上的突破。

本文強(qiáng)調(diào)了金屬電極與亞納米級(jí)厚的2D材料之間可靠接觸的重要性，并提出了一種新穎的全堆疊方法，通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)移預(yù)沉積的金屬電極，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量范德華（vdW）接觸的2D器件制備。該技術(shù)適用于復(fù)雜設(shè)備的集成，尺寸可達(dá)晶圓級(jí)，并可通過(guò)選擇性轉(zhuǎn)移金屬來(lái)調(diào)節(jié)界面結(jié)的電特性。研究結(jié)果提供了一種高效、可擴(kuò)展且低成本的2D電子技術(shù)，允許高密度設(shè)備集成，并為vdW材料的基礎(chǔ)研究提供了便利工具。

圖文導(dǎo)讀

圖1：電極轉(zhuǎn)移和全堆積法圖解。

圖2：具有堆疊和沉積金屬電極的ReS₂場(chǎng)效應(yīng)晶體管（fet）的電性能。

圖3：10 × 10 mm²?ML MoS₂?FET陣列的電子性能。

圖4：多層結(jié)構(gòu)的全堆疊2D器件。

圖5：金屬和支撐襯底間界面態(tài)的理論計(jì)算。

總結(jié)展望

本研究展示了一種全新的全堆疊方法，用于2D材料的通用器件集成，優(yōu)化了界面范德華接觸，并可擴(kuò)展至晶圓級(jí)。該方法不僅提高了器件制造效率和產(chǎn)量，降低了大規(guī)?；?D材料的器件展示的門檻，而且為未來(lái)工業(yè)集成2D材料提供了新概念，允許高密度器件集成，并研究vdW材料的內(nèi)在輸運(yùn)性質(zhì)。

結(jié)果表明，通過(guò)選擇不同金屬電極，可以優(yōu)化2D器件中的界面肖特基勢(shì)壘高度，并通過(guò)全堆疊方法制造具有垂直多層結(jié)構(gòu)的2D器件，從而提高了器件性能。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Reliable wafer-scale integration of two-dimensional materials and metal electrodes with van der Waals contacts

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49058-7

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/06/01/cbf993136d/

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