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香港理工大学郝建华团队Nat. Commun.: 二维层状CuCrP2S6中本征室温铁电性的直接观察

时间：2023-11-18 来源： 浏览：

香港理工大学郝建华团队Nat. Commun.: 二维层状CuCrP2S6中本征室温铁电性的直接观察

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2023年11月11日，Nat. Commun.在线发表了香港理工大学郝建华教授 课题组的研究论文，题目为《 Direct observation of intrinsic room-temperature ferroelectricity in 2D layered CuCr P 2 S 6 》。

多铁性材料由于其铁电性和铁磁性的共存而引起了人们的极大兴趣，这在先进器件的应用中具有很大的前景。然而，传统多铁性材料中的尺寸效应、悬挂键和界面效应严重阻碍了它们在纳米器件应用中的潜力。最近的理论和实验研究证明了在范德华层状 CuCr P 2 S 6 （C CPS） 中实现二维多铁性的可能性。然而，磁性Cr离子在铁电框架中的结合导致反铁电和反铁磁序，而宏观自发极化总是不存在的。

在此研究中，作者报道了 在室温下 二维范德华 CuCr P 2 S 6 中鲁棒面外铁电性的直接观察 ，并进行了全面的研究。实验证明了二维 CuCr P 2 S 6 纳米片中铁电极化态的改变。此外， 在 低至~2.6 nm（4层）的CuCr P 2 S 6 中获得了 外部电场引起的极化转换和磁滞回线 ， 获得了16.05 µC c m −2 的宏 观自发极化  。利用原子分辨扫描透射电子显微镜（STEM），研究揭示了二维 CuCr P 2 S 6 中的铁电性最初 源于层内Cu阳离子向同侧 偏离中心的垂直排列 ，导致自发电极化 ，可以在低至几纳米的环境条件下保持。这项研究工作可以促进多功能纳米器件的 发展 ，并为这种 二维范德华 材料的铁电有序性提供重要见解。

图1  范德华层状CCPS的表征

图2  超薄CCPS纳米片的PFM表征

图3 CCPS纳米片的电极化转换

图4 超薄CCPS纳米片的温度依赖表征

图5 原子尺度下CCPS截面表面的STEM分析

图6 基于 CCPS 的铁电纳米器件的演示

【 论文链接 】
Io, W.F., Pang, S.Y., Wong, L.W. et al. Direct observation of intrinsic room-temperature ferroelectricity in 2D layered CuCr P 2 S 6 . Nat. Commun ., 2023 , 14, 7304. https://doi.org/10.1038/s41467-023-43097-2

【其他相关文献】

[1] Liu, F., You, L., Seyler, K. et al. Room-temperature ferroelectricity in CuIn P 2 S 6 ultrathin flakes. Nat. Commun ., 2016 , 7, 12357. https://doi.org/10.1038/ncomms12357
[2]  Brehm, J.A., Neumayer, S.M., Tao, L. et al. Tunable quadruple-well ferroelectric van der Waals crystals.  Nat. Mater .,  2020 , 19, 43–48. https://doi.org/10.1038/s41563-019-0532-z
[3]  Wang, X., Shang, Z., Zhang, C. et al. Electrical and magnetic anisotropies in van der Waals multiferroic CuCr P 2 S 6 . Nat. Commun ., 2023 , 14, 840. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36512-1
[4]  Zhang, D., Schoenherr, P., Sharma, P. et al. Ferroelectric order in van der Waals layered materials. Nat. Rev. Mater ., 2023 , 8, 25–40. https://doi.org/10.1038/s41578-022-00484-3
新加坡国立大学Nature: 单元素铋单层中的二维铁电性
哥伦比亚大学Nature: 双层Td-MoTe2中铁电性和超导性的耦合
中科院物理所陈岚/吴克辉团队Nat. Commun.: 在非铁电单层中铁电性的出现
华东师范大学越方禹团队Nat. Commun.: 层状γ-InSe中的滑移铁电性
(观点)南方科技大学王峻岭团队Nat. Mater.: 走向二维范德华铁电体

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