物理学家将铁电性设计成 金属二硫属化物半导体

麻省理工学院的物理学家和同事通过 *** 纵只有几个原子层厚的超薄材料片，为过渡金属二硫属化物半导体 (TMDs) 设计了一种新特性。

麻省理工学院的团队表明，当两个单片 TMD（每片只有几个原子层厚）相互平行堆叠时，材料就会变成铁电体。在铁电材料中，正电荷和负电荷自发地流向不同的侧面或两极。在施加外部电场时，这些电荷会切换两侧，从而反转极化。在新材料中，所有这些都发生在室温下。

TMDs 已经因其电学和光学特性而广为人知。研究人员认为，这些特性与新赋予的铁电性之间的相互作用可能会导致各种有趣的应用。

Cecil 的 Pablo Jarillo-Herrero 说：“在很短的时间内，我们已经成功地大大扩展了二维铁电体这个小而不断增长的家族，这是纳米电子学和人工智能应用前沿的一种关键材料。”和 Ida Green 物理学教授和该工作的领导者，该工作在 Nature Nanotechnology 上进行了报道。 Jarillo-Herrero 还隶属于麻省理工学院的材料研究实验室。

除 Jarillo-Herrero 外，论文的作者还有 MIT 物理学研究生王希瑞； Kenji Yasuda 和 Yang Zhang，麻省理工学院博士后；哥伦比亚大学的刘松；日本国立材料科学研究所的 Kenji Watanabe 和 Takashi Taniguchi；哥伦比亚大学的詹姆斯·霍恩和麻省理工学院物理学副教授梁福。 （上图在麻省理工学院实验室是麻省理工学院博士后助理安田健二（ 左）和麻省理工学院物理学研究生王希瑞）。

超薄铁电体

去年，Jarillo-Herrero 和许多相同的同事表明，当两个原子薄的氮化硼 (BN) 片相互平行堆叠时，氮化硼变成铁电体。在目前的工作中，研究人员将相同的技术应用于 TMD。

由 BN 和 TMD 制成的超薄铁电体可能具有重要的应用，包括更密集的计算机内存存储。但它们很少见。随着 Nature Nanotechnology 报道的四种新型 TMD 铁电体的加入，它们都属于同一个半导体家族，“我们的室温超薄铁电体的数量几乎翻了一番，”Xirui Wang 说。此外，她指出，大多数铁电材料都是绝缘体。 “很少有铁电体是半导体。”

“这不仅限于 BN 和 TMD，”Kenji Yasuda 说。 “我们希望我们的技术可用于为其他现有材料增加铁电性。例如，我们可以在磁性材料中添加铁电性吗？”

这项工作由美国能源部科学办公室、陆军研究办公室、戈登和贝蒂摩尔基金会、美国国家科学基金会、日本文部科学省 (MEXT) 资助，和日本学术振兴会。

参考

Wang，X.，Yasuda，K.，Zhang，Y.等人的“菱面体堆叠双层过渡金属二硫化物的界面铁电性”；纳特。纳米技术。 （2022 年）。

二硫化钼于2008年合成，是叫作过渡金属二硫化物材料（TMDs）大家族的成员之一。这个显得有点花哨的名字代表了它们的结构：一个过渡金属原子（即钼原子）和一对包括硫元素、硒元素在内的来自元素周期表第16列的原子（该元素家族以氧族元素著称）。让电子制造者惊喜的是，所有TMDs均是半导体。它们和石墨烯的薄度近乎相同（在二硫化钼中，两层硫原子把一层钼原子像三明治那样夹在中间），但是它们却有其他优点。就二硫化钼而言，优点之一是电子在平面薄片中的运行速度，即电子迁移率。二硫化钼的电子迁移速率大约是100cm2/vs（即每平方厘米每伏秒通过100个电子），这远低于晶体硅的电子迁移速率1400cm2/vs，但是比非晶硅和其他超薄半导体的迁移速度更好，科学家正在研究这些材料，使其用于未来电子产品，如柔性显示屏和其他可以灵活伸展的电子产品。

二硫化钼（MoS_2）及其复合材料因自身特别的性质，决定了其被广泛地应用于吸附、电催化析氢、晶体管、离子电池以及超级电容器等领域。

发展历程指历史的发展经过，发展过程的中间都发生了什么事情，这些事情的出现原因以及对历史的发展起到了什么作用等。发展是事物从出生开始的一个进步变化的过程，是事物的不断更新。

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