2023年11月15日，Nano Lett.在线发表了昆士兰科技大学Yuantong Gu、寇良志和Yihan Nie
课题组的研究论文，题目为《
Ferroelectric Domain and Switching Dynamics in Curved
I
n
2
Se
3
: First-Principles and Deep Learning Molecular Dynamics Simulations
》。
二维铁电
体，
如I
n
2
Se
3
、MoTe
2
、CuInP
2
S
6
和SnTe家族，
其是一类独特的范德华材料，在外部刺激下表现出稳定的自发和可转换的极化。由于产生的层间运动或离子迁移，机械弯曲或波纹变形可以很好地与电极化耦合，导致柔性电现象或铁电畴，从而能够电测量机械结构中的应变梯度。尽管复杂应变在实验中很普遍，但由于缺乏有效的模拟方法，复杂应变对材料性能的影响仍然研究不足。
在此研究中，作者通过密度泛函理论（DFT）和深度学习分子动力学（DLMD）模拟研究了
I
n
2
Se
3
单层中弯曲、波纹和鼓泡对铁电畴的影响
。由于铁电转换势垒可以通过拉伸（压缩）应变来增加（减少），因此
当α-
I
n
2
Se
3
受到弯曲、波纹或鼓泡变形以产生具有不同尺寸的
局域
铁电畴时，在具有应变梯度的α-
I
n
2
Se
3
中会发生自动极化反转
。
转换动力学取决于曲率和温度的大小
，
遵循阿伦尼乌斯（Arrhenius）式的关系
。这项研究不仅为使用深度学习的跨尺度研究提供了一个很有
希望
的解决方案，而且揭示了通过应变工程操纵铁电材料局部极化的潜力。
图1
(a)
单层
α-
I
n
2
Se
3
在不同面内应变下的极化转换势垒；(b)
面内
应变下的电子局域函数(ELF)图；(c) P↑和P↓的ELF图对应截面的原子结构；(d) P↑和P↓态下
I
n
2
Se
3
纳米管的初始和优化结构；(e)
弯曲半径为22.60 Å的纳米管前后In-Se键长的变化
图2
(a) 半径为28.25 Å纳米管在不同温度下的能量变化；(b) 半径为22.60 ~ 28.25 Å纳米管在300 K时能量随时间的变化；(c) 半径为28.25 Å纳米管的转换时间τ随温度的变化及其拟合曲线；(d) 在300 K时纳米管的转换时间τ随不同半径的变化及其拟合曲线
图3
(a) 在450 K时m=20 Å的
单层波纹结构；
(b) 在1 ps时左右
区域
极化相关性随温度的变化；(c) 将波纹模型划分为高应变区和低应变区，并给出相应的曲率半径；(d) 不同应变区域极化相关性的时间变化
图4
(a)
鼓泡模型
在450 K时m=11、13和15处弛豫时的极化分布和自相关图；(b) 鼓泡模型在800 K下50 ps时的极化分布和m=11时的自相关图；(c) 鼓泡模型中不同m随温度变化的结构
稳定性α
Δt
=1及其
趋势线
Bai, D., Nie, Y., Shang, J. et al.
Ferroelectric Domain and Switching Dynamics in Curved
I
n
2
Se
3
: First-Principles and Deep Learning Molecular Dynamics Simulations
.
Nano Lett.
,
2023
. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03160
【其他相关文献】
[1] Ding, W., Zhu, J., Wang, Z. et al. Prediction of intrinsic two-dimensional ferroelectrics in
I
n
2
Se
3
and other III
2
-VI
3
van der Waals materials.
Nat. Commun
.,
2017
, 8, 14956. https://doi.org/10.1038/ncomms14956
[2]
Zhou, Y., Wu, D., Zhu, Y. et al. Out-of-plane piezoelectricity and ferroelectricity in layered α-
I
n
2
Se
3
nanoflakes.
Nano Lett
.,
2017
, 17, 5508−5513
. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b02198
[3]
Cui, C., Hu, W., Yan, X. et al. Intercorrelated in-plane and out-of-plane ferroelectricity in ultrathin two-dimensional layered semiconductor
I
n
2
Se
3
.
Nano Lett
.,
2018
, 18, 1253−1258
. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b04852
(纯计算)中国科学技术大学Phys. Rev. B: IrTe2/In2Se3异质结中增强的稳定性和超导性
法国纳米科学和纳米技术中心ACS Nano: 范德华铁电α-In2Se3表面的量子限域和电子结构
香港理工大学赵炯/杨明团队Nat. Nanotechnol.: 相控大面积二维In2Se3和铁电异相结
【注】：小编水平有限，若有误，请联系修改；若侵权，请联系删除！
